Miliarder sfinansował nowatorską koncepcję kosmicznej elektrowni. Testowa instalacja trafi na orbitę
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Kalifornijskiego Instytutu Technologicznego (Caltech) zaprezentowali kamerę 3D zdolną do rejestrowania obrazu z prędkością... 100 miliardów klatek na sekundę. To kolejne imponujące osiągnięcie zespołu Lihong Wanga, który przed kilkoma miesiącami ogłosił powstanie jeszcze szybszej kamery, ale rejestrującej obraz 2D.
Najpierw w maju bieżącego roku grupa pracująca pod kierunkiem Wanga zaprezentowała kamerę nagrywającą obraz 2D z prędkością... 70 bilionów klatek na sekundę. To wystarczająco szybko, by zarejestrować przesuwający się promień światła. Teraz uczeni, korzystając z tej samej technologii skompresowanej superszybkiej fotografii (compressed ultrafast photography – CUP) zbudowali kamerę, która nagrywa obraz 3D z prędkością 100 miliardów klatek na sekundę. Wykorzystuje one technikę nazwaną jednokrotną stereopolarymetryczną skompresowaną superszybką fotografią (single-shot stereo-polarimetric compressed ultrafast photography – SP-CUP).
W technologii CUP wszystkie ramki obrazu rejestrowane są w jednym momencie. Technologia SP-CUP działa niemal identycznie, z tym, że dodano do niej możliwość rejestrowania obrazu stereo. Mamy jeden zestaw soczewek, ale działają one jak dwie połówki, z których każda rejestruje obraz pod nieco innym kątem. To działa podobnie, jak nasze oczy, wyjaśnia Wang.
Jednak w przeciwieństwie do ludzkich oczu kamera rejestruje polaryzację światła. Zjawisko polaryzacji jest powszechnie wykorzystywane od ekranów LCD po okulary przeciwsłoneczne i specjalistyczne kamery służące do wykrywania defektów w materiałach czy rejestrowania kształtu molekuł.
Wang mówi, że technika SP-CUP, dzięki połączeniu bardzo szybkiego rejestrowania obrazów 3D i wykorzystaniu polaryzacji będzie przydatna w wielu zastosowaniach naukowych. Uczony szczególną nadzieję wiąże z jej wykorzystaniem do badania sonoluminescencji, zjawiska, w wyniku którego fale dźwiękowe tworzą niewielkie bąble w wodzie i innych płynach. Gdy bąble gwałtownie znikają, dochodzi do emisji światła. Niektórzy uważają sonoluminescencję za jedną z największych tajemnic fizyki. Gdy bąbel się zapada, w jego wnętrzu pojawia się tak wysoka temperatura, że dochodzi do emisji światła. Cały proces jest niezwykle tajemniczy, gdyż zachodzi bardzo szybko. Ciekawi jesteśmy, czy nasza kamera pozwoli na jego zbadanie.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Jeszcze w bieżącym miesiącu urzędnicy w Los Angeles mają zatwierdzić projekt, który dostarczy miastu energię taniej, niż jakiekolwiek paliwa kopalne. W jego ramach ma powstać potężna instalacja fotowoltaiczna wyposażona w jedne z największych akumulatorów. W roku 2023 farma ma dostarczać 7% energii zużywanej przez Los Angeles, a koszt jej wytworzenia ma wynieść 1,997 centa za kilowatogodzinę (to cena paneli) oraz 1,3 centa za kWh (cena akumulatorów). W sumie więc koszt produkcji kilowatogodziny to niecałe 3,3 centa.
Ze względu na efekt skali, ceny urządzeń do energetyki odnawialnej i ceny akumulatorów ciągle spadają, mówi Mark Jacobson z Uniwersytetu Stanforda. W przeszłości przeprowadził on badania, w których stwierdził, że większość państw może przejść na energię odnawialną.
Nowa instalacja słoneczna ma powstać w hrabstwie Kern w Kalifornii i zostanie wybudowana przez firmę 8minute Solar Energy. Jej moc wyniesie 400 MW, co zapewni energię dla 65 000 gospodarstw domowych. Z instalacją zostaną połączone akumulatory o pojemności 800 MWh, dzięki którym po zmierzchu zmniejszy się zużycie gazu.
Szybki spadek cen energii odnawialnej oraz akumulatorów pomaga w coraz większym rozprzestrzenianiu się nowej technologii. W marcu Bloomberg New Energy Finance przeprowadził analizę ponad 7000 projektów, w których zakłada się przechowywanie energii i stwierdził, że od roku 2012 koszt przemysłowych akumulatorów litowo-jonowych zmniejszył się o 76%. W ciągu ostatnich 18 miesięcy spadł on o 35% do poziomu 187 USD za MWh. Z kolei firma analityczna Navigant przewiduje, że do roku 2030 koszty takich urządzeń spadną o kolejnych 50%, znacznie poniżej kwot obiecywanych przez 8minute.
Inżynier Jane Long, ekspertka ds. polityki energetycznej z Lawrence Livermore National Laboratory mówi, że akumulatory litowo-jonowe to tylko część rozwiązania problemu. Zapewniają one bowiem energię jedynie przez kilka godzin. Potrzebujemy bardziej długoterminowego rozwiązania, stwierdza.
Zainteresowanie energetyką odnawialną napędzają też władze lokalne, które coraz częściej mówią o całkowitym porzuceniu nieodnawialnych źródeł. Jak informuje Jacobson, już 54 hrabstwa i 8 stanów wyraziło chęć przejścia w 100% na energetykę odnawialną. W 2010 roku Kalifornia przyjęła przepisy, zgodnie z którymi do roku 2024 dostawcy energii muszą zainstalować systemy pozwalające na przechowanie 2% szczytowego zużycia energii przez stan.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Wiemy, że zmiany klimatu są rzeczywistością, ale nie chcemy żyć jak w czasach jaskiniowców. Potrzebujemy pomysłu na energetykę neutralną pod względem emisji węgla, mówi profesor Joshua Pearce z Michigan Technological University.
Pearce i jego zespół są autorami badań dotyczących biosekwestracji w odniesieniu do produkcji energii z węgla oraz z paneli słonecznych. Biosekwestracja to właśnie jeden z pomysłów na energetykę neutralną pod względem węgla emitowanego do atmosfery. Pomysł polega na tym, by wykorzystać rośliny do usunięcia z atmosfery całego węgla emitowanego przez człowieka. Odpowiednie zarządzanie roślinnością, od zalesiania po wykorzystywanie w rolnictwie odpowiednich roślin, miałoby spowodować, że będziemy mogli emitować do atmosfery węgiel bez powodowania efektu cieplarnianego, gdyż zadbamy, by cały ten węgiel był wchłaniany przez rośliny.
Zespół Pearce'a wykazał właśnie, że biosekwestracja w odniesieniu do energetyki węglowej jest mrzonką. Z wyliczeń naukowców, którzy oparli je na ponad 100 różnych źródłach wynika, że Stany Zjednoczone, by stać się w takim scenariuszu krajem neutralnym pod względem emisji węgla, musiałyby przeznaczyć – w najbardziej korzystnym scenariuszu – co najmniej 62% swoich gruntów ornych na zasianie tam roślin optymalnych dla biosekwestracji lub też 89% swojego terytorium obsadzić przeciętnym lasem występującym w USA. Ten najlepszy scenariusz zakłada wykorzystanie technologii przechwytywania CO2 w elektrowniach i jego składowanie oraz biosekwestrację tych gazów cieplarnianych, których nie uda się przechwycić.
Z wyliczeń wynika też, że biosekwestracja emisji z jednogigawatowej elektrowni węglowej wymaga, w najgorszym scenariuszu, lasu o powierzchni ponad 32 000 kilometrów kwadratowych.
Porównanie z panelami słonecznymi wykazało, że jeśli nie zastosujemy technologii przechwytywania i składowania CO2 z elektrowni węglowych, to pod biosekwestrację musimy przeznaczyć 13-krotnie więcej miejsca niż pod biosekwestrację gazów cieplarnianych powstających podczas produkcji paneli. Nawet gdyby wraz z biosekwestracją zastosować technologię wychwytywania dwutelenku węgla w miejscu jego powstawania, to i tak obszar potrzebny na biosekwestrację pozostałego CO2 i gazów cieplarnianych będzie 5-krotnie większy niż w przypadku paneli słonecznych.
Jeśli myślimy o energetyce neutralnej węglowo to absolutnie nie możemy brać pod uwagę spalania węgla, dodaje Pearce. Uczony zauważa, że przechwycenie całego węgla z elektrowni jest i tak niemożliwe, ponadto emitują one wiele innych zanieczyszczeń, które każdego roku zabijają w USA ponad 50 000 osób.
Zespół Pearce'a i tak był bardzo łagodny dla energetyki węglowej podczas obliczania wydajności technologii przechwytywania i składowania CO2 na wielką skalę. Ponadto nie brano pod uwagę najnowszych sposobów budowy farm słonecznych, które zwiększają ich efektywność. Zdaniem naukowca, podczas przyszłych badań należy skupić się nad zwiększaniem efektywności produkcji energii ze słońca, a nie na – nierealistycznych jego zdaniem – pomysłach dotyczących przechwytywania dwutlenku węgla z powietrza.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Przechowywanie energii słonecznej w postaci chemicznej ma tę przewagę nad przechowywaniem jej w elektrycznych akumulatorach, że energię taką można zachować na długi czas. Niestety, taki sposób ma też i wady - związki chemiczne przydatne do przechowywania energii ulegają degradacji po zaledwie kilku cyklach ładowania/rozładowywania. Te, które nie degradują, zawierają ruten - rzadki i drogi pierwiastek. W 1996 roku udało się znaleźć molekułę - fulwalen dirutenu - która pod wpływem światła słonecznego przełącza się w jeden stan i umożliwia kontrolowane przełączanie do stanu pierwotnego połączone z uwalnianiem energii.
W ubiegłym roku profesor Jeffrey Grossman wraz ze swoim zespołem z MIT-u odkryli szczegóły działania fulwalenu dirutenu, co dawało nadzieję na znalezienie zastępnika dla tej drogiej molekuły.
Teraz doktor Alexie Kolpak we współpracy z Grossmanem znaleźli odpowiednią strukturę. Połączyli oni węglowe nanorurki z azobenzenem. W efekcie uzyskali molekułę, której właściwości nie są obecne w obu jej związkach składowych.
Jest ona nie tylko tańsza od fulwalenu dirutenu, ale charakteryzuje się również około 10 000 razy większą gęstością energetyczną. Jej zdolność do przechowywania energii jest porównywalna z możliwościami baterii litowo-jonowych.
Doktor Kolpak mówi, że proces wytwarzania nowych molekuł pozwala kontrolować zachodzące interakcje, zwiększać ich gęstość energetyczną, wydłużać czas przechowywania energi i - co najważniejsze - wszystkie te elementy można kontrolować niezależnie od siebie.
Grossman zauważa, że olbrzymią zaletą termochemicznej metody przechowywania energii jest fakt, że to samo medium wyłapuje energię i ją przechowuje. Cały mechanizm jest zatem prosty, tani, wydajny i wytrzymały. Ma on też wady. W takiej prostej formie nadaje się tylko do przechowywania energii cieplnej. Jeśli potrzebujemy energii elektrycznej, musimy ją wytworzyć z tego ciepła.
Profesor Grossman zauważa też, że koncepcja, na podstawie której stworzono funkcjonalne nanorurki z azobenzenem jest ogólnym pomysłem, który może zostać wykorzystany także w przypadku innych materiałów.
Podstawowe cechy, jakimi musi charakteryzować się materiał używany do termochemicznego przechowywania energii to możliwość przełączania się w stabilne stany pod wpływem ciepła oraz istnienie odkrytego przez Grossmana w ubiegłym roku etapu przejściowego, rodzaju bariery energetycznej pomiędzy oboma stabilnymi stanami. Bariera musi być też odpowiednia do potrzeb. Jeśli będzie zbyt słaba, molekuła może samodzielnie przełączać się pomiędzy stanami, uwalniając energię wtedy, gdy nie będzie ona potrzebna. Zbyt mocna bariera spowoduje zaś, że pozyskanie energii na żądanie będzie trudne.
Zespół Grossmana i Kolpak szuka teraz kolejnych materiałów, z których można będzie tworzyć molekuły służące do termochemicznego przechowywania energii.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Każdego dnia do Ziemi dociera około 12,2 miliarda kilowatogodzin energii słonecznej. Ludzkość potrafi wykorzystać jedynie niewielki jej ułamek na potrzeby produkcji energii. Do tego celu używamy drogich, niezbyt wydajnych ogniw słonecznych.
Profesor Stephen Rand z University of Michigan, dokonał odkrycia, które być może pozwoli na pozyskiwanie energii Słońca bez potrzeby używania ogniw. Naukowiec ze zdumieniem zauważył, że po przepuszczeniu światła przez silnie izolujący materiał, niezwykle słabe właściwości magnetyczne światła uległy zwielokrotnieniu. Dotychczas świetlnego magnetyzmu w ogóle nie brano pod uwagę w badaniach nad pozyskiwaniem energii, gdyż efekt ten - jak sądzono - jest niezwykle słaby. Tymczasem badania Randa pokazały, że pole magnetyczne światła może być 100 milionów razy silniejsze niż przypuszczano.
Rand uważa, że jego odkrycie zaszokuje fizyków. Możesz przez cały dzień wpatrywać się w odpowiednie równania i tego nie dostrzeżesz. Nauczono nas, że to się nie zdarza. To bardzo dziwne zjawisko. Dlatego nie zauważono go przez ponad 100 lat - stwierdza uczony.
Profesor Rand i jego doktorant William Fisher zauważyli, że w pewnych materiałach pole magnetyczne światła jest na tyle silne, że wygina ładunki elektryczne w kształt litery „C". Wygląda na to, że pole magnetyczne zagina elektrony w C i za każdym razem nieco się one przesuwają. Takie wygięcie prowadzi do pojawienia się dipolu elektrycznego i magnetycznego. Jeśli moglibyśmy ustawić je w rzędzie w długim włóknie, uzyskalibyśmy olbrzymie napięcie, które można wykorzystać jako źródło energii - mówi Fisher.
Niestety, nie ma róży bez kolców. Taki efekt występuje w obecności izolatorów. Zauważymy go w szkle, ale pod warunkiem, iż oświetlimy je bardzo intensywnym światłem, rzędu 10 milionów watów na centymetr kwadratowy. Tymczasem Słońce zapewnia około 0,012 wata na centymetr kwadratowy.
Jednym z rozwiązań problemu byłoby znalezienie innych materiałów oraz skonstruowanie sprzętu zwiększającego intensywność promieni słonecznych na podobieństwo koncentratorów wykorzystywanych przy ogniwach fotowoltaicznych.
W naszej najnowszej pracy dowodzimy, że światło słońca jest teoretycznie niemal tak samo efektywne w produkcji energii, jak światło lasera. Stworzenie nowoczesnych ogniw słonecznych wymaga zaawansowanych technik obróbki krzemu. A tymczasem tutaj jedyne czego potrzebujemy to soczewki skupiające światło i włókno przewodzące prąd. Szkło spełnia obie role. Jego produkcja jest dobrze znana i nie wymaga wielu zabiegów. A przezroczysta ceramika może sprawować się nawet lepiej - dodaje Fisher.
Zdaniem obu naukowców, nowa technologia pozwoli na pozyskiwanie nawet 10% energii Słońca, a będzie znacznie tańsza od obecnie stosowanych.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.