Skocz do zawartości
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Nowatorska fotowoltaika generuje prąd z ciepła. Zasili sondy kosmiczne, centra bazodanowe i fabryk

Rekomendowane odpowiedzi

W Sandia National Laboratories powstało urządzenie, które generuje użyteczne ilości energii elektrycznej ze źródeł ciepła o umiarkowanej temperaturze. Może ono znaleźć zastosowanie w elektrowniach atomowych, sondach kosmicznych czy fabrykach chemicznych, gdzie pozwoli na odzyskanie sporej części marnowanej dotychczas energii.

Nowe urządzenie generuje 27–67 µW/cm2 ze źródeł ciepła o temperaturze 250–400 stopni Celsjusza.

Standardowe urządzenia fotowoltaiczne dobrze działają we współpracy ze światłem w zakresie widzialnym. Takim, jak wytwarzane przez Słońce, którego temperatura efektywna (temperatura ciała doskonale czarnego) wynosi ok. 5500 stopni Celsjusza. Tymczasem obiekty o temperaturze 100–400 stopni Celsjusza emitują głównie promieniowanie podczerwone w zakresie 7–12 µm. W temperaturze tej przebiega wiele procesów przemysłowych i promieniowanie to jest marnowane. Wykorzystanie nawet niewielkiej jego części przyniosłoby olbrzymie korzyści.

Problem w tym, że gdy energia fotonów spada i zbliża się do energii termicznej konwertera, standardowa fotowoltaika staje się coraz bardziej nieefektywna. Dlatego Paul Davids, który stał na czele grupy badawczej z Sandia Labs, postanowił poszukać alternatywnej metody wykorzystania energii z chłodniejszych źródeł.

W naszym urządzeniu fotoprąd wytwarzany przez parę elektron-dziura pochodzi nie z absorpcji fotonu – jak ma to miejsce w standardowej fotowoltaice – ale z tunelowania, wyjaśnia uczony.

Tunelowanie odbywa się w specjalnej barierze zbudowanej z warstwy dwutlenku krzemu o grubości 3–4 nm. To rodzaj jednokierunkowej autostrady oddzielającej elektrony od dziur, umożliwiającej efektywną konwersję promieniowania podczerwonego w prąd elektryczny.

Urządzenie opracowane przez zespół Davidsa może być produkowane w standardowej technologii CMOS, co oznacza, że już teraz można je masowo wytwarzać w fabrykach. Jego twórcy mówią, że w najbliższym czasie chcieliby wykorzystać je sondach pracujących w odległych miejscach Układu Słonecznego, gdzie do zasilania nie można użyć energii Słońca, gdyż pojazd znajduje się zbyt daleko od niego. Nowe urządzenie może być też podstawowym lub uzupełniającym źródeł energii w standardowych systemach termoelektrycznych.

Inny obszar zastosowania to chmury obliczeniowe, które emitują olbrzymie ilości ciepła. Jeśli będziemy w stanie odzyskać część energii z tego ciepła, to poprawimy efektywność energetyczną tego szybko rosnącego rynku konsumpcji energii, mówi Davids.

W tej chwili naukowcy pracują nad zwiększeniem efektywności swojego urządzenia i uproszczeniem procesu jego produkcji. Dzięki temu możliwe będzie zastosowanie go na wielu innych obszarach. Ponadto ostatnie dokonania naukowe na polu pasywnego chłodzenia fotonicznego i źródeł światła w połączeniu z naszą technologią może otworzyć całkowicie nowe obszary zastosowań dla produkcji i odzyskiwania energii, cieszy się Davids.

Szczegółowy opis urządzenia znajdziemy w piśmie Science.


« powrót do artykułu

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

0,27-0,67 wata z metra kwadratowego, to beznadziejnie mało.
Ogniwo Peltiera jest znacznie bardziej wydajne już przy niewielkich różnicach temperatury.

25 cm2 ogniwa Peltiera przy różnicy temperatur sięgających tylko 30 st.C. potrafi dostarczyć prawie 52,5 mW mocy (150mA x 350mV), więc przy 1m2 wygeneruje 21 wat mocy, a to oznacza, że rozwiązanie znane od 199 lat (1821 r.) jest wydajniejsze ponad 40x od tego, co zostało opisane. Skuteczność rośnie wraz ze wzrostem różnicy temperatur.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Jeśli chcesz dodać odpowiedź, zaloguj się lub zarejestruj nowe konto

Jedynie zarejestrowani użytkownicy mogą komentować zawartość tej strony.

Zarejestruj nowe konto

Załóż nowe konto. To bardzo proste!

Zarejestruj się

Zaloguj się

Posiadasz już konto? Zaloguj się poniżej.

Zaloguj się

  • Podobna zawartość

    • przez KopalniaWiedzy.pl
      Amerykańska ustawa CHIPS and Science Act, która wywołała spory między USA a Unią Europejską, przynosi pierwsze efekty. Jej celem jest m.in. zachęcenie do budowy w USA nowych fabryk półprzewodników. Firmy mogą liczyć na ulgi podatkowe czy dopłaty. Przeznaczono na ten cel 39 miliardów USD i najwyraźniej zachęciło to gigantów. Micron zapowiedział, że zainwestuje do 100 miliardów dolarów w nową fabrykę w stanie Nowy Jork, TMSC – który buduje wartą 12 miliardów USD fabrykę w Arizonie – wybuduje drugi zakład, zwiększając wartość inwestycji do 40 miliardów, Samsung chce za 17 miliardów wybudować fabrykę w Teksasie, a Intel rozpoczął wartą 20 miliardów USD inwestycję w dwie fabryki w Ohio.
      Każda z tych fabryk będzie potrzebowała setek inżynierów i techników. Tymczasem obecnie USA wytwarzają 12% światowych półprzewodników, podczas gdy w roku 1990 było to 37%. Nic więc dziwnego, że w ostatnich dekadach zapotrzebowanie na odpowiednio wykształconą kadrę zmniejszało się, co spowodowało stagnację na rynku edukacyjnym. Wraz z CHIPS Act zaczęło się to zmieniać. Za zainteresowaniem przemysłu idzie oferta edukacji. Bo zapotrzebowanie będzie olbrzymie. Pod koniec ubiegłego roku amerykański przemysł półprzewodnikowy poszukiwał około 20 000 pracowników. Profesor Peter Bermel z Purdue University szacuje, że nawet jeśli skutkiem CHIPS Act będzie umiarkowany wzrost na amerykańskim rynku półprzewodników, to w ciągu najbliższych 5 lat potrzebnych będzie co najmniej 50 000 dodatkowych pracowników. Dlatego też koledże i uczelnie wyższe zwiększają swoją ofertę dla studentów, a przemył półprzewodnikowy próbuje im w tym pomóc.
      Intel, który chce w Ohio stworzyć „Silicon Heartland” przeznaczył 50 milionów dolarów dla 80 szkół wyższych w tym stanie. Za te pieniądze szkoły chcą doposażyć swoje pracownie, wynająć specjalistów i poszerzyć ofertę dla studentów. Intel zaś wspomoże je swoimi radami, doświadczeniem, stypendiami oraz dostępem do własnych centrów badawczych. Będzie to o tyle łatwiejsze, że już w 2011 roku władze stanowe przyjęły inicjatywę, w ramach której wspomagają uczelnie w zwiększeniu liczby studentów kierunków inżynieryjnych, technologicznych i medycznych. Dzięki niej na przykład, od 2021 roku studenci Ohio State University mogą uczyć się procesów wytwarzania układów scalonych w uniwersyteckim laboratorium, bez potrzeby korzystania z bardzo drogiego specjalistycznego clean-roomu. Uczelnia pracuje też nad narzędziami rzeczywistości wirtualnej i rzeczywistości rozszerzonej, dzięki którym studenci poczują się tak, jakby pracowali w prawdziwej fabryce półprzewodników.
      Kilkaset kilometrów dalej firma SkyWater Technology buduje wartą 1,8 miliarda dolarów fabrykę, a sąsiadujący z niż Purdu University uruchomił interdyscyplinarny Semiconductor Degrees Program, dzięki któremu studenci różnych wydziałów mogą nabyć umiejętności potrzebnych podczas pracy w przemyśle półprzewodnikowym. Uniwersytet rozpoczął też program edukacji pracowników na potrzeby SkyWater.
      Nie wszystkie stanowiska w przemyśle półprzewodnikowym wymagają ukończenia wyspecjalizowanych studiów. Zdaniem Intela, kluczem do sukcesu są pracownicy po lokalnych szkołach średnich. Intel rozbudowuje swoje fabryki w Arizonie, Nowym Meksyku i Oregonie. Będzie potrzebował dodatkowych 7000 pracowników. Około 40% tych stanowisk czeka na ludzi po dwuletnich szkołach, a tylko na 20% stanowisk wymagany jest tytuł licencjata, magistra lub doktora.
      Inne firmy również inwestują w swoich przyszłych pracowników. Samsung i Silicon Labs wspomagają lokalne koledże i szkoły techniczne oferując szkolenia, stypendia czy letnie staże. Samsung na przykład dołączył do lokalnej inicjatywy Austin Community College, w ramach której uczniowie, którzy chcą dodatkowo zdobyć zawód technika przemysłu półprzewodnikowego, szkolą się przez 2 dni w tygodniu. Piątkowym uczniom firma pokrywa całość kosztów nauki.
      Problemy z kadrą techniczną są widoczne na całym świecie. W dużej mierze są one spowodowane popularnością studiów informatycznych. Bardzo wiele osób o zainteresowaniach technicznych wybiera karierę programisty. Jednak, jako że programiści również są potrzebni, przemysł półprzewodnikowy nie próbuje zachęcać ich do zmiany zawodu, a stara się, by więcej osób decydowało się na pracę na rynku nowoczesnych technologii.
      CHIPS and Science Act został podpisany przez prezydenta Bidena w sierpniu 2022 roku. Spotkał się z ostrą krytyką ze strony Unii Europejskiej, która oskarżyła USA o protekcjonizm. Ustawa przewiduje dofinansowanie rozwoju amerykańskiego przemysłu półprzewodnikowego łączną kwotą w wysokości 280 miliardów dolarów.

      « powrót do artykułu
    • przez KopalniaWiedzy.pl
      Dendroarcheolog Michael Bamforth z University of York zidentyfikował tajemniczy fragment drewna znaleziony podczas przygotowań do budowy elektrowni atomowej Sizewell C w Suffolk w Anglii. W 2021 roku podczas prac archeologicznych w miejscu, w którym planowane jest posadzenie drzew, eksperci z Cotswold Archeology odkryli liczne ślady ludzkiej aktywności, od neolitu po średniowiecze. Natrafiono m.in. na dwa doły z epoki żelaza, które prawdopodobnie pełniły rolę poideł dla zwierząt. Doły były zalane wodą, co stworzyło idealne warunki do zachowania się drewnianych szczątków.
      To właśnie na dnie jednego z nich znaleziono drewniany przedmiot, którego przez długi czas nie potrafiono zidentyfikować. Michael Bamforth poinformował właśnie, że jest to oś od wozu lub rydwanu, która złamała się, a następnie została wykorzystana jako wzmocnienie ścian dołu z wodą. Obok znaleziono spalone deski, które pochodziły prawdopodobnie z tego samego pojazdu.
      Datowanie radiowęglowe wykazało, że wóz został wykonany pomiędzy 400 a 100 rokiem przed naszą erą.
      Fragment zachowanej osi to niezwykle rzadkie znalezisko. Znamy bardzo nieliczne przykłady podobnych zabytków z Wysp Brytyjskich. Jednym z najbardziej znanych jest oś ze stanowiska Flag Fen, osady epoki brązu. W słynnych brytyjskich pochówkach w rydwanie drewniane części pojazdów nie zachowały się. Tym bardziej mamy tu do czynienia z wyjątkowym zabytkiem, który może pomóc w lepszym zrozumieniu techniki używanej na Wyspach Brytyjskich przed ich podbojem przez Rzym.

      « powrót do artykułu
    • przez KopalniaWiedzy.pl
      KGHM i amerykańska firma NuScale podpisały umowę na budowę małych reaktorów modułowych (SMR), które miałyby zasilać polskiego producenta miedzi. Pierwszy taki reaktor atomowy ma rozpocząć w Polsce pracę w 2029 roku. Reaktor VOYGR dostarczy prąd, którego wyprodukowanie z węgla wiązałoby się z wyemitowaniem 8 milionów ton CO2 rocznie.
      Zgodnie z podpisaną umową, w pierwszym etapie współpracy zostaną zidentyfikowane i ocenione miejsca, w których reaktor może powstać oraz określone zostaną poszczególne etapy jego budowy i koszty planowania.
      NuScale jest pierwszą firmą, której projekt małego reaktora modułowego został dopuszczony do użycia przez U.S. Nuclear Regulatory Commission (NCR). Firma przez lata rozwijała swój projekt dzięki pomocy Departamentu Energii, który sfinansował prace kwotą niemal 300 milionów dolarów. Dzięki temu powstał projekt reaktora o mocy 50 MW, który w 2020 roku został zatwierdzony przez NCR. Urządzenia NuScale można łączyć w grupy do 12 sztuk, dzięki czemu uzyskamy elektrownię o mocy 600 MW, wystarczającej do zasilenia niewielkiego miasta.
      Firmy takie jak NuScale mają być nadzieją dla podupadającej energetyki atomowej. Co prawda USA pozostają największym na świecie producentem energii elektrycznej z elektrowni atomowych, jednak nowe reaktory powstałe po 1990 można policzyć na palcach jednej ręki. Olbrzymie koszty i długi czas budowy tradycyjnych dużych elektrowni atomowych spowodowały, że atom zaczął w USA przegrywać z gazem łupkowym, a taniejąca energetyka odnawialna stanowi dodatkową konkurencję.
      W 2020 roku spodziewano się, że w roku 2022 NuScale złoży wniosek o dopuszczenie do użycia minireaktorów o mocy 60 MW. Tymczasem NCR prowadzi analizy dotyczące 77-megawatowego reaktora NuScale NPM-20, który może być łączony większe bloki po 12 (o łącznej mocy 924 MW), sześć (462 MW) i cztery (308 MW). Urząd spodziewa się, że jeszcze w bieżącym roku NuScale złoży formalny wniosek o zatwierdzenie NPM-20.
      Zaletą reaktorów NuScale ma być ich niższa cena oraz modułowość, dzięki czemu można je produkować w częściach w fabryce i dostarczać do złożenia na miejscu budowy. Jednak część ekspertów uważa, że korzyści wynikające z architektury SMR są przesadzone. Błędy popełnione na linii produkcyjnej będą bowiem dotyczyły wszystkich reaktorów i gdy się je zauważy, nie będzie łatwo ich naprawić w już dostarczonych i uruchomionych urządzeniach, a problem będzie dotyczył wielu z nich.
      NuScale nie jest jedyną firmą, która zapowiada tworzenie niewielkich reaktorów atomowych. Ambicje takie ma konsorcjum GE-Hitachi Nuclear Energy, a znana głównie z produkcji samochodów firma Rolls Royce zapowiedziała, że do roku 2029 wybuduje pierwsze niewielkie reaktory atomowe.

      « powrót do artykułu
    • przez KopalniaWiedzy.pl
      Intel potwierdził, że kosztem ponad 20 miliardów dolarów wybuduje nowy kampus w stanie Ohio. W skład kampusu wejdą dwie supernowoczesne fabryki półprzewodników, gotowe do produkcji w technologii 18A. To przyszły, zapowiadany na rok 2025 proces technologiczny Intela, w ramach którego będą powstawały procesory w technologii 1,8 nm. Budowa kampusu rozpocznie się jeszcze w bieżącym roku, a produkcja ma ruszyć w 2025 roku.
      Intel podpisał też umowy partnerskie z instytucjami edukacyjnymi w Ohio. W ich ramach firma przeznaczy dodatkowo 100 milionów dolarów na programy edukacyjne i badawcze w regionie. "To niezwykle ważna wiadomość dla stanu Ohio. Nowe fabryki Intela zmienią nasz stan, stworzą tysiące wysoko płatnych miejsc pracy w przemyśle półprzewodnikowym", stwierdził gubernator Ohio, Mike DeWine.
      To największa w historii Ohio inwestycja dokonana przez pojedyncze prywatne przedsiębiorstwo. Przy budowie kampusu zostanie zatrudnionych 7000 osób, a po powstaniu pracowało w nim będzie 3000osób. Ponadto szacuje się, że inwestycja długoterminowo stworzy dziesiątki tysięcy miejsc pracy w lokalnych firmach dostawców i partnerów.
      Kampus o powierzchni około 4 km2 powstanie w hrabstwie Licking na przedmieściach Columbus. Będzie on w stanie pomieścić do 8 fabryk. Intel nie wyklucza, że w sumie w ciągu dekady zainwestuje tam 100 miliardów dolarów, tworząc jeden z największych na świecie hubów produkcji półprzewodników.
      Tak olbrzymia inwestycja przyciągnie do Ohio licznych dostawców produktów i usług dla Intela. Będzie ona miała daleko idące konsekwencje. Fabryka półprzewodników różni się od innych fabryk. Stworzenie tak wielkiego miejsca produkcji półprzewodników jest jak budowa małego miasta, pociąga za sobą powstanie tętniącej życiem społeczności wspierających dostawców usług i produktów. [...] Jednak rozmiar ekspansji Intela w Ohio będzie w dużej mierze zależał od funduszy w ramach CHIPS Act, stwierdził wiceprezes Intela ds. produkcji, dostaw i operacji, Keyvan Esfarjani.
      Nowe fabryki mają w 100% korzystać z energii odnawialnej, dostarczać do systemu więcej wody niż pobiera oraz nie generować żadnych odpadów stałych.

      « powrót do artykułu
    • przez KopalniaWiedzy.pl
      NASA i Idaho National Laboratory (INL) ogłosiły, że szukają pomysłów nad zapewnieniem dostępu do energii atomowej na Księżycu. Uruchomienie na Księżycu stabilnego systemu dostarczania energii jest kluczowym elementem w załogowej eksploracji kosmosu. To cel, który znajduje się w naszym zasięgu, mówi Sebastian Corbisiero, odpowiedzialny za prowadzenie projektu.
      NASA, która chce wykorzystać Księżyc w roli etapu załogowej podróży na Marsa, uważa, że niezależna od dostępu do promieni słonecznych elektrownia atomowa zapewni dostateczną ilość energii, niezależnie od warunków środowiskowych na Księżycu czy Marsie. Amerykański Departament Energii i NASA od pewnego czasu mówią o koncepcji fission surface power. To reaktor atomowy o mocy liczonej w kilowatach. Dzięki rozszczepieniu jąder uranu miałby on zapewniać co najmniej 10 kilowatów mocy.
      W porównaniu z ziemskimi reaktorami nie wydaje się to dużo, jednak jest to wystarczająca ilość energii na potrzeby misji kosmicznych. Tym bardziej, że system taki miałby być skalowalny, zapewniając stałą ilość energii np. niewielkim bazom kosmicznym czy miejscom produkcyjnym.
      Myślę, że taki system odegra olbrzymią rolę na Księżycu i Marsie, a podczas jego opracowywania powstaną rozwiązania, które przydadzą się również na Ziemi, mówi Jim Reuter z Dyrektoriatu Technologii Misji Kosmicznych NASA. Reaktor miałby powstać na Ziemi, skąd zostanie przetransportowany na Księżyc.
      Warunki graniczne, jakie określiły NASA i INL, mówią o tym, że system powinien składać się z rdzenia wypełnionego uranem, systemem konwersji energii w użyteczną formę, systemami chłodzenia oraz dystrybucji energii. Całość ma w systemie ciągłym zapewniać 40 KW mocy i pracować na Księżycu przez 10 lat. Ponadto reaktor powinien pracować bez nadzoru człowieka, być w stanie samodzielnie włączać się i wyłączać, musi mieć możliwość pracy z pokładu księżycowego lądownika, ale jednocześnie musi znajdować się namobilnej platformie, którą można będzie ustawić w dowolnym miejscu. Dodatkowe wymagania dotyczą jego wagi i wymiarów. W czasie wystrzelenia z Ziemi reaktor powinien zmieścić się w obudowie o średnicy 4 i długości 6 metrów. Nie może ważyć więcej niż 6000 kilogramów.
      Wstępne propozycje dotyczące konstrukcji takiego systemu powinny być zgłoszone do 19 lutego przyszłego roku.

      « powrót do artykułu
  • Ostatnio przeglądający   0 użytkowników

    Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.

×
×
  • Dodaj nową pozycję...