Blisko rozmieszczone atomy wodoru mogą prowadzić do nadprzewodnictwa w temperaturze pokojowej
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
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
Po raz pierwszy udało się utworzyć i zmierzyć postulowany od dawna stan powiązania pomiędzy atomami. Naukowcy z Wiednia i Innsbrucku wykorzystali laser do spolaryzowania atomów tak bardzo, że z jednej strony miały ładunki dodatnie, z drugiej ujemne. Dzięki temu mogli związać atomy ze sobą. Oddziaływania pomiędzy nimi były znacznie słabsze niż pomiędzy atomami w standardowej molekule, ale na tyle silne, że można było mierzyć ich wartość.
W atomie jądro o ładunku dodatnim otoczone jest przez chmurę elektronów o ładunku ujemnym. Całość jest obojętna. Jeśli teraz włączymy zewnętrzne pole elektryczne, rozkład ładunków nieco się zmieni. Ładunki dodatnie przemieszczą się w jednym kierunku, ujemne w w drugim i atom będzie posiadał stronę dodatnią i ujemną, stanie się spolaryzowany, mówi profesor Philipp Haslinger.
Taką polaryzację atomu można uzyskać też za pomocą światła, które jest szybko zmieniającym się polem elektromagnetycznym. Gdy liczne atomy znajdują się blisko siebie, światło polaryzuje je w ten sam sposób. Więc dwa sąsiadujące ze sobą atomy będą zwrócone do siebie przeciwnymi ładunkami, co spowoduje, że będą się przyciągać.
To bardzo słabe oddziaływanie, zatem eksperyment trzeba prowadzić bardzo ostrożnie, by móc zmierzyć siłę oddziaływania. Gdy atomy mają dużo energii i szybko się poruszają, to przyciąganie natychmiast znika. Dlatego też użyliśmy podczas eksperymentów ultrazimnych atomów, wyjaśnia Mira Maiwöger z Wiedeńskiego Uniwersytetu Technologicznego.
Naukowcy najpierw złapali atomy w pułapkę i je schłodzili. Następnie pułapka została wyłączona, a uwolnione atomy rozpoczęły swobodny spadek. Taka chmura opadających atomów była niezwykle zimna, jej temperatura była niższa niż 1/1 000 000 kelwina, ale miała na tyle dużo energii, że podczas spadku rozszerzała się. Jeśli jednak na tym etapie atomy zostaną spolaryzowane za pomocą lasera i pojawi się pomiędzy nimi przyciąganie, rozszerzanie się chmury zostaje spowolnione. W ten właśnie sposób można zmierzyć siłę oddziaływania pomiędzy atomami.
Polaryzowanie indywidualnych atomów za pomocą lasera nie jest niczym nowym. Kluczowym elementem naszego eksperymentu było jednoczesne spolaryzowanie w sposób kontrolowany wielu atomów i stworzenie mierzalnych oddziaływań pomiędzy nimi, dodaje Matthias Sonnleitner, który opracował teoretyczne założenia eksperymentu.
Autorzy eksperymentu zwracają uwagę, że zmierzone przez nich oddziaływanie może odgrywać ważną rolę w astrofizyce. W pustce kosmosu małe siły mogą odgrywać duża rolę. Po raz pierwszy wykazaliśmy, że promieniowanie elektromagnetyczne może tworzyć oddziaływania pomiędzy atomami, co może rzucić nowe światło na niewyjaśnione obecnie zjawiska astrofizyczne, dodaje Haslinger.
« 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.