Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Politechnika Wrocławska koordynuje prace nad grawitacyjnym przechowywaniem energii z OZE
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Łaziki pracujące na Marsie czy Księżycu, mierzą się z wieloma problemami. Jednym z nich jest ryzyko utknięcia w grząskim gruncie. Gdy tak się stanie operatorzy podejmują serię delikatnych manewrów, by pojazd wydobyć. Nie zawsze się to udaje. Łazik Spirit zakończył misję jako stacjonarna platforma badawcza po tym, jak utknął w luźnym piasku. Czy takim wydarzeniom da się zapobiec? Inżynierowie z University of Wisconsin-Madison informują o znalezieniu poważnego błędu w procedurach testowania łazików. Jego usunięcie może spowodować, że pojazdy na Marsie i Księżycu będą narażone na mniejsze ryzyko.
Błąd ten polega na przyjęciu zbyt optymistycznych i uproszczonych założeń co do tego, jak łaziki zachowują się poza Ziemią. Ważnym elementem testów naziemnych takich pojazdów jest sprawdzenie, w jaki sposób mogą się one poruszać po luźnym podłożu. Na Księżycu grawitacja jest 6-krotnie mniejsza niż na Ziemi, więc przez dekady, testując łaziki, naukowcy tworzyli prototypy o masie sześciokrotnie mniejszej niż łazik docelowy i testowali je na pustyni. Jednak ta metoda pomijała pewien istotny szczegół – wpływ grawitacji na piasek.
Profesor Dan Negrut i jego zespół przeprowadzili symulacje, które wykazały, że Ziemia przyciąga ziarenka piasku silniej niż Mars czy Księżyc. Dzięki temu piasek na Ziemi jest bardziej zwarty. Jest mniejsze prawdopodobieństwo, że ziarna będą się pod nimi przesuwały. Jednak na Księżycu piasek jest luźniejszy, łatwiej się przemieszcza, więc obracające się koła trafiają na mniejszy opór. Przez to pojazdowi trudniej się w nim poruszać.
Jeśli chcemy sprawdzić, jak łazik będzie sobie radził na Księżycu, musimy rozważać nie tylko wpływ grawitacji na pojazd, ale również wpływ grawitacji na piasek. Nasze badania pokazują, jak ważne są symulacje do badania możliwości jezdnych łazika na luźnym podłożu, wyjaśnia uczony.
Uczeni dokonali swojego odkrycia podczas prac związanych z misją łazika VIPER, który ma trafić na Księżyc. We współpracy z naukowcami z Włoch stworzyli silnik Chrono, służący do symulacji zjawisk fizycznych, który pozwala na szybkie modelowanie złożonych systemów mechanicznych. I zauważyli istotne różnice pomiędzy wynikami testów VIPERA na Ziemi, a wynikami symulacji. Po przeanalizowaniu problemu znaleźli wspomniany błąd w procedurach testowych.
Chrono to produkt opensource'owy, z którego skorzystały już setki firm i organizacji. Pozwala on lepiej zrozumieć najróżniejsze złożone mechanizmy, od mechanicznych zegarków po czołgi jeżdżące poza utwardzonymi drogami.
Źródło: A Study Demonstrating That Using Gravitational Offset to Prepare Extraterrestrial Mobility Missions Is Misleading
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Akumulatory wysyłane w przestrzeń kosmiczną muszą być bezpieczne, stabilne, wytrzymałe i nie mogą wymagać specjalnych zabiegów. Już wkrótce niklowo-wodorowe urządzenia, które pracują m.in. na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, mogą trafić do klientów na Ziemi. To najbardziej wytrzymałe akumulatory, jakie kiedykolwiek wynaleziono, zapewnia Jorg Heinemann, dyrektor produkującej je firmy EnerVenue.
Akumulatory niklowo-wodorowe wytrzymują 30 000 cykli ładowania-rozładowywania, są odporne na samozapłon, ich wydajność energetyczna wynosi 90% i w porównaniu akumulatorami litowo-jonowymi mają wiele zalet w zastosowaniach wielkoskalowych systemów przechowywania energii. Chociażby taką, że o akumulatory niklowo-wodorowe nie trzeba się szczególnie troszczyć. Postały one bowiem z myślą o wieloletniej pracy w przestrzeni kosmicznej, gdzie nie ma możliwości ich wymiany czy przeglądów technicznych.
Jeszcze niedawno w tego typu akumulatorach wykorzystywano platynowy katalizator, co skutecznie uniemożliwiało zaoferowanie ich szerszemu gronu odbiorców. Jednak pięć lat temu zespół profesora Yi Cui z Uniwersytetu Stanforda wykazał, że można w nich zastosować katalizator z niklu, molibdenu i kobaltu, który kosztuje 20 USD za kilogram. Cui stał się współzałożycielem firmy EnerVenue, która rozpoczęła prace nad komercjalizacją kosmicznych akumulatorów. Można było bowiem zrezygnować z platyny, a najdroższym materiałem, jaki jest używany w akumulatorach stał się nikiel. Koszty produkcji akumulatorów niklowo-wodorowych stały się więc porównywalne z kosztami akumulatorów litowo-jonowych.
Na początku września EnerVue zaprezentowała swój najnowszy akumulator. To butla długości 1,8 metra i średnicy 15 centymetrów, w którym można przechowywać 3 kWh energii. Zachodzące w pojemniku reakcje są bardzo stabilne. Wodór powstaje podczas reakcji w butli, a maksymalne ciśnienie wewnątrz sięga zaledwie 5% ciśnienia, jakie powstaje w typowym ogniwie paliwowym. Reakcje zachodzące wewnątrz pojemnika mają taką naturę, że gdy ciśnienie rośnie poza maksimum, dochodzi do zamiany wodoru w wodę. Nie istnieje więc mechanizm, który – jak ma to miejsce w akumulatorach litowo-jonowych – mógłby doprowadzić do przegrzania i pożaru.
Producent akumulatorów udowodnił to chociażby podczas tzw. testu barbecue. Polega on na umieszczeniu akumulatora w otwartym ogniu. Nie dochodzi wówczas do żadnej awarii. Ponadto akumulatory wyposażono w zawory, więc po przekroczeniu określonej temperatury i ciśnienia, uchodzi z nich para wodna. Dodatkową ich zaletą jest fakt, że mogą pracować w temperaturach od -40 do 60 stopni Celsjusza. To oznacza, że nie potrzebują systemów chłodzenia, ogrzewania czy wentylacji.
Na razie akumulatory niklowo-wodorowe wciąż są nieco droższe od akumulatorów litowo-jonowych i charakteryzuje je mniejsza gęstość energetyczna. Jednak mniej skomplikowany proces produkcyjny może zachęcić potencjalnych producentów do spróbowania swoich sił na tym rynku. W tej chwili EnerVenue buduje fabrykę, która początkowo będzie produkowała w ciągu roku akumulatory zdolne do przechowania łącznie 5 GWh. Produkcja docelowa to 20 GWh.
Akumulatory niklowo-wodorowe powstały w latach 70. i zastosowano je w przemyśle kosmicznym, gdyż nie było dla nich realnej alternatywy. Akumulatory takie składają się z serii elektrod zamkniętych w pojemniku ciśnieniowym. Katoda zbudowana jest z wodorotlenku niklu, a anodą jest wodór. Podczas ładowania dochodzi do reakcji, w wyniku której powstaje wodór. Podczas rozładowywania, wodór utlenia się i powstaje woda.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy udało się bezpośrednio zaobserwować wpływ grawitacji na antymaterię. Fizycy z CERN eksperymentalnie wykazali, że grawitacja działa na antymaterię tak, jak i na materię – antyatomy opadają na źródło grawitacji. Nie jest to niczym niespodziewanym, różnica w oddziaływaniu grawitacji na materię i antymaterię miałaby bardzo poważne implikacje dla fizyki. Jednak bezpośrednia obserwacja tego zjawiska jest czymś, czego fizycy oczekiwali od dziesięcioleci. Oddziaływanie grawitacyjne jest bowiem niezwykle słabe, zatem łatwo może zostać zakłócone.
Naukowcy z CERN pracujący przy eksperymencie ALPHA wykorzystali atomy antywodoru, które są stabilne i elektrycznie obojętne, do badania wpływu grawitacji na antymaterię. Uczeni utworzyli antywodór łącząc antyprotony – uzyskane w urządzeniach AD i ELENA pracujących w Antimatter Factory – z pozytonami (antyelektronami) z radioaktywnego sodu-22. Atomy antywodoru umieszczono następnie w pułapce magnetycznej, która chroniła je przed wejściem w kontakt z materią i anihilacją. Całość umieszczono w niedawno skonstruowanym, specjalnym urządzeniu o nazwie ALPHA-g, które pozwala na śledzenie losu atomów po wyłączeniu pułapki.
Symulacje komputerowe wykazywały, że – w przypadku materii – około 20% atomów powinno opuścić pułapkę przez górną jej część, a około 80% – przez dolną. Naukowcy wielokrotnie przeprowadzili eksperymenty z użyciem antymaterii, uwzględniając przy tym różne ustawienia pułapki i różne możliwe oddziaływania poza oddziaływaniami grawitacyjnymi. Po uśrednieniu wyników eksperymentów okazało się, że antymateria zachowuje się tak, jak materia. Około 20% atomów antywodoru uleciało z pułapki górą, a około 80% – dołem.
Potrzebowaliśmy 30 lat by nauczyć się, jak stworzyć antyatomy, jak utrzymać je w pułapce, jak je kontrolować i jak je uwalniać z pułapki, by oddziaływała na nie grawitacja. Następnym etapem naszych badań będą jak najbardziej precyzyjne pomiary przyspieszenia opadających antyatomów. Chcemy sprawdzić, czy rzeczywiście atomy i antyatomy opadają w taki sam sposób, mówi Jeffrey Hangst, rzecznik prasowy eksperymentu ALPHA.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Cement i sadza, dwa materiały używane przez ludzkość od tysiącleci, mogą tworzyć podstawę nowoczesnych technologii. Ich odpowiednie połączenie pozwala bowiem na stworzenie... taniego systemu przechowywania energii. Wyobraźmy sobie budynek, w którego fundamentach przechowywana jest energia z umieszczonych na dachu paneli słonecznych, mówią naukowcy z MIT. To właśnie oni stworzyli nowy materiał, który w przyszłości może np. bezprzewodowo ładować samochód elektryczny poruszający się po drodze.
Franz-Josef Ulm, Admin Masic, Yang-Shao Horn oraz czworo innych uczonych z MIT i Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, stworzyli superkondensator z cementu i sadzy, który opisali na łamach PNAS.
Kondensatory to proste urządzenia złożone z dwóch przewodzących płytek zanurzonych w elektrolicie i przedzielonych membraną. Gdy przyłożymy do kondensatora napięcie, dodatnio naładowane jony z elektrolitu zgromadzą się na ujemnie naładowanej płytce, a jony o ładunku ujemnym przylgną do płytki o ładunku dodatnim. Membrana pomiędzy płytkami uniemożliwia migrację jonów, powstaje pole elektryczne pomiędzy płytkami i kondensator jest naładowany. Urządzenie jest w stanie przechowywać energię przez długi czas i bardzo szybko ją uwolnić w razie potrzeby. Superkondensator to kondesator zdolny do przechowywania wyjątkowo dużej ilości ładunków.
Pojemność kondensatora zależy od całkowitej powierzchni płytek. W przypadku połączenia cementu i sadzy kluczem do sukcesu było uzyskanie niezwykle dużej powierzchni materiału przewodzącego wewnątrz betonowego bloku. Naukowcy uzyskali to łącząc sadzę, która bardzo dobrze przewodzi prąd, z mieszanką cementową i wodą. Woda, reagując z cementem, w sposób naturalny tworzy sieć kanalików. Sadza migruje przez te kanaliki, tworząc sieć w zastygniętym betonowym bloku. Ma ona strukturę fraktalną. Z większy ramion sieci wyrastają mniejsze, a z nich jeszcze mniejsze i tak dalej. W ten sposób w niewielkiej objętości powstaje sieć materiału przewodzącego o bardzo dużej powierzchni.
Wypełniliśmy tym materiałem plastikowe tuby i pozostawiliśmy go do zastygnięcia na co najmniej 28 dni. Później pocięliśmy beton na fragmenty wielkości elektrod, każdą z nich zanurzyliśmy w standardowym elektrolicie (chlorku potasu) i z dwóch elektrod oddzielonych membraną składaliśmy superkondensatory, mówi profesor Ulm.
Z obliczeń wynika, że betonowy blok o objętości 45 m3 wykonany z takiego materiału może przechować około 10 kWh energii. To mniej więcej tyle, ile zużywa w ciągu dnia typowe gospodarstwo domowe. Innymi słowy, domek jednorodzinny posadowiony na fundamentach o objętości 45 m3 zyskiwałby system przechowywania energii na cały dzień. To w znacznym stopniu uniezależniłoby gospodarstwo wyposażone w panele słoneczne od zewnętrznych dostawców energii.
Nowy materiał mógłby potencjalnie znaleźć też zastosowanie do budowy dróg czy parkingów. Przechowywana w nim energia mogłaby służyć do bezprzewodowego ładowania samochodów elektrycznych. To jednak jeszcze bardziej odległa wizja, niż przechowywanie energii w fundamentach budynków.
Olbrzymią zaletą tego systemu jest jego niezwykła skalowalność. W ten sposób można tworzyć zarówno elektrody o grubości 1 mm, jak i 1 metra. Wszystko zależy od tego, jak dużo energii chcemy przechowywać. Co więcej, stosując różne mieszanki można odpowiednio dostosowywać właściwości naszego superkondensatora. W przypadku dróg czy parkingów ładujących samochody elektryczne konieczne byłoby bardzo szybkie ładowanie i rozładowywanie. W przypadku domów proces ładowania i rozładowywania fundamentów może przebiegać znacznie wolniej.
W tej chwili naukowcy skupiają się na zbudowaniu betonowego bloku zdolnego do przechowania takiej samej ilości energii, co standardowe akumulatory samochodowe.
Superkondensatory nie mają możliwości przechowywania tak dużej ilości energii, co standardowe akumulatory. Mają jednak wiele innych zalet. Można je bardzo szybko ładować i rozładowywać i wytrzymują miliony cykli pracy. Ponadto, w przeciwieństwie do akumulatorów, przechowują energię nie w postaci chemicznej, a w postaci pola elektrycznego.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Inżynierowie z California Institute of Technology (Caltech) odkryli, że Leonardo da Vinci rozumiał i badał grawitację. Zajmował się więc tym przedmiotem na setki lat przed Newtonem. W artykule opublikowanym na łamach pisma Leonardo naukowcy przeanalizowali jeden z dzienników da Vinciego i wykazali, że słynny uczony zaprojektował eksperymenty dowodzące, że grawitacja jest formą przyspieszenia o określił stałą grawitacji z 97-procentową dokładnością.
Żyjący na przełomie średniowiecza i renesansu uczony wyprzedzał swoją epokę w wielu dziedzinach. Także, jak się okazuje, z dziedzinie badań nad grawitacją. Sto lat później grawitacją zajmował się Galileusz, a prawo powszechnego ciążenia zostało sformułowane przez Newtona w 170 lat po śmierci Leonardo. Tym, co przede wszystkim ograniczało badania słynnego Włocha był brak odpowiednich narzędzi. Nie był np. w stanie dokładnie mierzyć czasu, w jakim ciało spada na ziemię.
W 2017 roku profesor Mory Gharib omawiał ze studentami techniki wizualizacji przepływu cieczy wykorzystywane przez da Vinciego. W zdigitalizowanym i właśnie udostępnionym przez British Library Codex Arundel zauważył serię rysunków przedstawiających trójkąty tworzone przez podobne do ziaren piasku obiekty wysypujące się z dzbana. Moją uwagę zwrócił napis „Equatione di Moti” przy jednym z trójkątów równoramiennych. Zacząłem się zastanawiać, co Leonardo miał na myśli, wspomina uczony. Gharib poprosił o pomoc Chrisa Roha z Caltechu i Flavio Nocę z Uniwersytetu Nauk Stosowanych i Sztuki Zachodniej Szwajcarii (HES-SO). Wspólnie zasiedli do analizy diagramów.
Okazało się, że da Vinci opisał eksperyment, w którym dzban na wodę jest przesuwany w linii prostej równolegle do gruntu i wylatuje z niego albo woda albo piasek. Z notatek wynika, że włoski uczony zdawał sobie sprawę, iż wylatujący materiał nie spada ze stałą prędkością, ale przyspiesza oraz z tego, że gdy wyleci z dzbana, a zatem ten nie ma nań już wpływu, przestaje przyspieszać w kierunku horyzontalnym, a przyspiesza wyłącznie wertykalnie. Jeśli dzban przesuwa się ze stałą prędkością, linia tworzona przez wypadający materiał jest pozioma i nie tworzy się trójkąt. Gdy zaś przyspiesza ze stałą prędkością, linia opadającego materiału jest prosta, ale odchylona, tworząc trójkąt. W kluczowym diagramie da Vinci zauważa, że jeśli przyspieszenie dzbana jest równe przyspieszeniu opadającego materiału, tworzy się trójkąt równoramienny. To właśnie tam da Vinci napisał „Equatione di Moti” czyli „wyrównywanie ruchów”.
Da Vinci próbował opisać to przyspieszenie za pomocą matematyki. Naukowcy użyli modelowania komputerowego do sprawdzenia obliczeń wielkie uczonego i znaleźli błąd. Leonardo zmierzył się z tą kwestią i wyliczył, że droga spadającego obiektu była proporcjonalna do 2 do potęgi t (gdzie t reprezentuje czas), a powinna być proporcjonalna do t2, mówi Roh. To błąd, ale później zauważyliśmy, że swój błędny wzór wykorzystywał w prawidłowy sposób. "Nie wiemy, czy da Vinci prowadził kolejne eksperymenty, by dokładniej zbadać tę kwestię. Ale sam fakt, że zajmował się tym na początku XVI wieku pokazuje, jak bardzo w przyszłość wybiegał jego sposób myślenia, stwierdza Gharib.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.