Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Nowa metoda wytwarzania energii z węgla zasili w przyszłości mikro- i nanoroboty?
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Jądro wewnętrzne Ziemi, sztywne bogate w żelazo ciało stałe o średnicy 1250 kilometrów powoli rośnie, w miarę jak płynne jądro zewnętrzne ochładza się i krystalizuje. Specjaliści od dawna nie mogą dość do porozumienia, kiedy rozpoczął się ten proces. Jedni uważają, że trwa on od ponad 2 miliardów lat, zdaniem innych to proces stosunkowo niedawny, liczący sobie nie więcej niż pół miliarda lat. Badań nie ułatwia fakt, że nie wystarczy po prostu stwierdzić, kiedy materiał jądra schłodził się na tyle, by skrystalizować.
Jeśli założymy, że jądro zbudowane jest z czystego żelaza, to temperatura topnienia żelaza wcale nie musi być punktem odniesienia dla określenia temperatury, w której ono krystalizuje. Tak jak woda może wymagać schłodzenia nawet do -30 stopni Celsjusza zanim spadnie grad, tak i żelazne jądro może potrzebować znacznie niższej temperatury, by krystalizować. Wcześniejsze badania pokazywały, że żelazne jądro musiałoby schłodzić się o 800–1000 stopni Celsjusza poniżej temperatury topnienia zanim skrystalizuje. Jednak symulacje pokazały, że gdyby osiągnęło tak niską temperaturę, doszłoby do gwałtownego wzrostu jądra wewnętrznego i zniknięcia pola magnetycznego Ziemi. Tymczasem badania sejsmiczne oraz badania magnetyzmu skał wykazały, że do takiego wydarzenia nigdy nie doszło.
Autorzy nowych badań uważają, że do powstania stałego jądra wystarczyło, by w przeszłości materiał schłodził się zaledwie o 250 stopni Celsjusza poniżej temperatury topnienia. Jak jednak możliwe jest tak niewielkie schłodzenie – pamiętajmy, że musimy uwzględniać tutaj też olbrzymie ciśnienie wewnątrz Ziemi – i ciągłe istnienie stałego jądra wewnętrznego? Naukowcy odpowiedzieli na to pytanie, symulując obecność w jądrze innych pierwiastków, takich jak krzem, siarka, tlen i węgiel. Każdy z nich istnienie w warstwach położonych powyżej, zatem może istnieć też w jądrze. A musimy tutaj opierać się na symulacjach, bo do samego jądra nie jesteśmy w stanie dotrzeć, by zbadać jego skład chemiczny.
Naukowcy przeprowadzili komputerową symulację jądra składającego się ze 100 000 atomów, które zostaje poddane ciśnieniu takiemu, jak we wnętrzu Ziemi. Śledzili w jaki sposób, w temperaturze stosunkowo niewiele niższej mogą tworzyć się tam zbitki atomów podobne do kryształów, które dały początek krystalizacji.
Badania dały zaskakujący wynik. Okazało się, że krzem i siarka, pierwiastki o których zawsze sądzono, że są obecne w jądrze, spowalniały krystalizację. Innymi słowy, gdyby powszechnie występowały one w jądrze, temperatura musiałaby spaść znacznie bardziej, by zaczęło się tworzyć jądro wewnętrzne. Natomiast obecność węgla przyspieszała krystalizację. Kolejne testy wykazały, że jeśli węgiel stanowi w jądrze 2,4% jego masy, to konieczne byłoby schłodzenie o 420 stopni Celsjusza poniżej temperatury topnienia żelaza. To zbyt dużo. Jeśli jednak węgiel to 3,8% masy jądra, wystarczy temperatura o 266 stopni niższa niż temperatura topnienia. To jedyny zakres, który wyjaśnia zarówno istnienie jądra wewnętrznego, jak i jego obecne rozmiary.
Wyniki badań sugerują, że w jądrze Ziemi węgla jest więcej niż przypuszczano i że bez jego odpowiedniego udziału, mogłoby nie dojść do powstania jądra wewnętrznego.
Ze szczegółowymi wynikami analizy można zapoznać się w artykule Constraining Earth’s core composition from inner core nucleation.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Węgiel i inne pierwiastki nie dryfują bezwładnie w przestrzeni kosmicznej, zauważyli naukowcy z USA i Kanady. Okazuje się, że w aktywnych galaktykach – takich jak Droga Mleczna – w których wciąż powstają nowe gwiazdy, pierwiastki są transportowane w formie wielkich strumieni. Krążą w galaktyce, wychodzą poza nią i wracają, zanim w wyniku oddziaływania grawitacji i innych sił nie utworzą planet, gwiazd, księżyców czy asteroid. To zaś oznacza, że pierwiastki w naszych organizmach, zanim do nich trafiły, mogły spędzić sporo czasu w przestrzeni międzygalaktycznej, wchodząc w skład ośrodka okołogalaktycznego (CGM).
Pomyślmy o ośrodku okołogalaktycznym jak o wielkiej stacji kolejowej. Bez przerwy wypycha materiał na zewnątrz i go z powrotem zasysa. Ciężkie pierwiastki, które powstały w gwiazdach, są wypychane z ich galaktyk macierzystych w wyniku eksplozji supernowych i trafiają do przestrzeni międzygalaktycznej, a następnie są z powrotem wciągane do galaktyki, gdzie biorą udział w tworzeniu gwiazd i planet, mówi doktorantka Samantha Garza z University of Washington, jedna z autorek pracy opublikowanej na łamach Astrophysical Journal Letters.
Naukowcy zauważają, że odkrycie tego procesu ma olbrzymie znaczenie dla naszego zrozumienia procesu ewolucji galaktyk. Jego implikacje dla ewolucji oraz natury dostępnych rezerwuarów węgla są ekscytujące. Ten sam węgiel, który tworzy nasze ciała, prawdopodobnie spędził dużo czasu poza galaktyką, mówi profesor Jessica Werk.
W 2011 roku po raz pierwszy potwierdzono hipotezę, że aktywne galaktyki są otoczone przez ośrodek okołogalatyczny, olbrzymią chmurę materiału zawierającą gorące gazy. Teraz Garza, Werk i ich współpracownicy odkryli, że w ośrodku tym krążą również pierwiastki powstające w niższych temperaturach, takie jak węgiel. Możemy potwierdzić, że ośrodek okołogalaktyczny działa jak gigantyczny rezerwuar zarówno węgla jak i tlenu. I, przynajmniej w odniesieniu do galaktyk tworzących gwiazdy, uważamy, że materiał ten wraca do galaktyki w procesie recyklingu, stwierdza Garza.
Jedna z postawionych przez naukowców hipotez mówi, że to spowolnienie lub zaprzestanie tego recyklingu pomiędzy galaktyką a ośrodkiem okołogalaktycznym jest odpowiedzialne za przerwanie procesu tworzenia się nowych gwiazd.
Badacze wykorzystali instrument Cosmic Origin Spectrograph, który znajduje się na Teleskopie Hubble'a, do obserwacji, w jaki sposób ośrodek okołogalaktyczny 11 galaktyk tworzących gwiazdy wpływa na światło z 9 odległych kwazarów. W ten sposób odkryli, że część tego światła je pochłaniana przez węgiel znajdujący się w medium. I że tego węgla jest dużo. Okazało się również, że węgiel ten można wykryć w odległości nawet 400 tysięcy lat świetlnych od macierzystej galaktyki.
Teraz celem naukowców jest opisanie innych pierwiastków wchodzących w skład ośrodka okołogalaktycznego, określenie różnic pomiędzy składem ośrodka wokół poszczególnych galaktyk i porównanie tego składu pomiędzy galaktykami, w których wciąż powstają gwiazdy, a tymi, w którym proces formowania gwiazd w dużej mierze się zatrzymał.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Grupa japońskich naukowców z Kyoto University wykorzystała eksplozje do wyprodukowania... najmniejszych diamentowych termometrów, które można będzie wykorzystać do bezpiecznych pomiarów różnic temperatury w pojedynczej żywej komórce.
Gdy w sieci krystalicznej diamentu dwa sąsiadujące atomy węgla zostaną zastąpione pojedynczym atomem krzemu, pojawia się optycznie aktywne miejsce, zwane centrum krzem-wakancja (silicon-vacancy center, SiV). Od niedawna wiemy, że takie miejsca są obiecującym narzędziem do pomiaru temperatur w skali nanometrów. Atom krzemu, gdy zostanie wzbudzony laserem, zaczyna jasno świecić w wąskim zakresie światła widzialnego lub bliskiej podczerwieni, a kolor tego światła zmienia się liniowo w zależności od temperatury otoczenia diamentu.
Zjawisko to jest bezpieczne dla żywych organizmów, nawet dla bardzo delikatnych struktur. To zaś oznacza, że można je wykorzystać podczas bardzo złożonych badań nad strukturami biologicznymi, np. podczas badania procesów biochemicznych wewnątrz komórki. Problem stanowi jednak sam rozmiar nanodiamentów. Uzyskuje się je obecnie różnymi technikami, w tym za pomocą osadzania z fazy gazowej, jednak dotychczas potrafiliśmy uzyskać nanodiamenty o wielkości około 200 nm. Są one na tyle duże, że mogą uszkadzać struktury wewnątrzkomórkowe.
Norikazu Mizuochi i jego zespół opracowali technikę pozyskiwania 10-krotnie mniejszych niż dotychczas nanodiamentów SiV. Japońscy naukowcy najpierw wymieszali krzem ze starannie dobraną mieszaniną materiałów wybuchowych. Następnie, w atmosferze wypełnionej CO2, dokonali eksplozji. Później zaś przystąpili do wieloetapowej pracy z materiałem, który pozostał po eksplozji. Najpierw za pomocą kwasu usunęli sadzę i metaliczne zanieczyszczenia, następnie rozcieńczyli i wypłukali uzyskany materiał w wodzie dejonizowanej, w końcu zaś pokryli uzyskane nanodiamenty biokompatybilnym polimerem. Na końcu za pomocą wirówki usunęli wszystkie większe nanodiamenty. W ten sposób uzyskali jednorodny zbiór sferycznych nanodiamentów SiV o średniej średnicy 20 nm. To najmniejsze wyprodukowane nanodiamenty SiV.
Mizouchi wraz z kolegami przeprowadzili serię eksperymentów, podczas których wykazali, że ich nanodiamenty pozwalają na precyzyjne pomiary temperatury w zakresie od 22 do 40,5 stopnia Celsjusza. Zakres ten obejmuje temperatury wewnątrz większości organizmów żywych. To zaś otwiera nowe możliwości badań struktur wewnątrzkomórkowych. Japończycy zapowiadają, że rozpoczynają prace nad zwiększeniem liczby SiV w pojedynczym nanodiamencie, co ma pozwolić na uzyskanie jeszcze większej precyzji pomiaru. Dzięki temu – mają nadzieję – w przyszłości można będzie badać poszczególne organelle.
Szczegóły badań zostały opisane na łamach Carbon.
« 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
Sadzenie drzew i zapobieganie pożarom lasów niekoniecznie prowadzi do uwięzienia większej ilości węgla w glebie. Autorzy badań opublikowanych na łamach Nature Geoscience odkryli, że planowane wypalanie sawann, użytków zielonych oraz lasów strefy umiarkowanej może pomóc w ustabilizowaniu węgla uwięzionego w glebie, a nawet zwiększenia jego ilości.
Kontrolowane wypalanie lasów, którego celem jest zmniejszenie intensywności przyszłych niekontrolowanych pożarów, to dobrze znana strategia. Odkryliśmy, że w takich ekosystemach jak lasy strefy umiarkowanej, sawanny i użytki zielone, ogień może ustabilizować, a nawet zwiększyć ilość węgla uwięzionego w glebie, mówi główny autor badań, doktor Adam Pellegrini z University of Cambridge.
Wynikiem dużego niekontrolowanego pożaru lasu jest erozja gleby i wypłukiwanie węgla do środowiska. Mogą minąć nawet dziesięciolecia, nim uwolniony w ten sposób węgiel zostanie ponownie uwięziony. Jednak, jak przekonują autorzy najnowszych badań, ogień może również prowadzić do takich zmian w glebie, które równoważą utratę węgla i mogą go ustabilizować.
Po pierwsze, w wyniku pożaru powstaje węgiel drzewny, który jest bardzo odporny na rozkład. Warstwa węgla zamyka zaś wewnątrz bogatą w węgiel materię organiczną. Ponadto ogień może zwiększyć ilość węgla ściśle powiązanego z minerałami w glebie. Jeśli odpowiednio dobierze się częstotliwość i intensywność pożarów, ekosystem może uwięzić olbrzymie ilości węgla. Chodzi tutaj o zrównoważenie węgla przechodzącego do gleby w postaci martwych roślin i węgla wydostającego się z gleby w procesie rozkładu, erozji i wypłukiwania, wyjaśnia Pellegrini.
Gdy pożary są częste i intensywne, a tak się dzieje w przypadku gęstych lasów, wypalane są wszystkie martwe rośliny. Ta martwa materia organiczna rozłożyłaby się i węgiel trafiłby do gleby. Tymczasem w wyniku pożaru zostaje on uwolniony do atmosfery. Ponadto bardzo intensywne pożary mogą destabilizować glebę, oddzielając bogatą w węgiel materię organiczną od minerałów i zabijając bakterie oraz grzyby.
Bez obecności ognia martwa materia organiczna jest rozkładana przez mikroorganizmy i uwalniana w postaci dwutlenku węgla lub metanu. Gdy jednak dochodzi do niezbyt częstych i niezbyt intensywnych pożarów, tworzy się węgiel drzewny oraz dochodzi do związania węgla z minerałami w glebie. A węgiel w obu tych postaciach jest znacznie bardziej odporny na rozkład, a tym samym na uwolnienie do atmosfery.
Autorzy badań mówią, że odpowiednio zarządzane wypalanie może doprowadzić do zwiększenia ilości węgla uwięzionego w glebie. Gdy rozważamy drogi, jakimi ekosystem przechwytuje węgiel z atmosfery i go więzi, zwykle uważamy pożary za coś niekorzystnego. Mamy jednak nadzieję, że nasze badania pozwolą odpowiednio zarządzać pożarami. Ogień może być czymś dobrym, zarówno z punktu widzenia bioróżnorodności jak i przechowywania węgla, przekonuje Pellegrini.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.