Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Jedzą prąd, wydalają metan

Recommended Posts

Na Pennsylvania State University powstał interesujący sposób na przechowywanie energii. Szczególnie przyda się on w przypadku źródeł odnawialnych. Jak wiemy, źródła te są bardzo "kapryśne". Wiatry wieją nieregularnie, a Słońce nie świeci w nocy. Czasami możemy więc pozyskać z tych źródeł nadmiar energii, którą jest trudno przechowywać, a czasami doświadczymy niedoboru.

Bruce Logan i jego zespół odkryli, że bakterie z gatunku Methanobacterium palustre potrafią pozyskiwać metan z... prądu elektrycznego. Gdy umieścić je na katodzie, mikroorganizmy używają elektronów do przetwarzania dwutlenku węgla w metan. Ten z kolei możemy zbierać, przechowywać i spalać wtedy, gdy będziemy potrzebowali dodatkowej energii. Plusem takiego rozwiązania jest fakt, że, w przeciwieństwie do procesu katalizy, nie używa ono żadnych drogich metali. System jest dość wydajny. Można w ten sposób odzyskać 80% pierwotnej ilości energii.

Nowa technika jest dopiero rozwijana, ale może mieć przed sobą bardzo obiecującą przyszłość. Z jednej strony możliwe będzie stworzenie np. przy każdej najmniejszej nawet elektrowni wiatrowej prostego systemu przechowywania nadmiarowej energii, a z drugiej - niewykluczone, że system będzie w stanie pozyskiwać CO2 z kominów elektrowni czy też wprost z powietrza, oczyszczając przy okazji atmosferę.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ciekawy pomysł ;) Przynajmniej do momentu kiedy bakterie będą zasilane prądem nadmiarowym z wiatru albo słońca. Bo jeśli zaczną zasilać je prądem sieciowym, to mamy straty energii oraz produkcję CO2 (oraz SO2 i całej gamy innych ciekawych rzeczy) przez elektrownię - węgiel przerabiany na prąd z wydajnością zapewne ~60%, następnie straty na przesyle prądu, i straty w przetworzeniu tego prądu na metan. Przy takim scenariuszu lepiej węgiel traktować wodorem i przerabiać na metan katalitycznie.

Share this post


Link to post
Share on other sites

zaraz zaraz... ale jak spalamy ten metan to on chyba nie zmienia się w tlen? tylko z powrotem w dwutlenek węgla... czylinie ma co liczyć tego za jakiekolwiek oczyszczanie atmosfery z tego gazu.. no chyba że myślimy w kategoriach oszczędności energii.. to może... choć chyba nei koniecznie...

 

a z tym przetwarzaniem energii z elektrowni w metan to nie ejst tak zły pomysł.. słyszałeś kiedyś o eketrowniach pompowo szczytowych (czy jakoś tak) one mają jeszcze gorszą wydajność a jednak się z nich korzysta...

Share this post


Link to post
Share on other sites

Tu chyba nie chodzi o oczyszczanie z metanu, ale o stworzenie wydajnej metody konwersji energii z możliwością przechowywania np. przez noc. Takie przynajmniej mam wrażenie.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Tak tak. W pierwotnym zamyśle chodzi o to, żeby nadwyżki energii (np. elektrycznej z ogniw lub wiatraków) magazynować w metanie.

 

I tę ideę popieram ;)

Zaznaczyłem tylko, że zasilanie tych bakterii energią sieciową nie ma najmniejszego sensu.

 

@pogo - masz rację że ten metan zmienia się z powrotem w CO2 - ale dzięki takiemu rozwiązaniu przynajmniej nie produkujemy dodatkowych ilości CO2 (np z węgla), a mamy określoną ilość CO2 w stałym obiegu - jest ono nośnikiem energii słonecznej (ogniwa fotowoltaniczne) lub wiatrowej (wiatraki) w momencie gdy jest zamieniane w metan.

 

Słyszałem o elektrowniach pompowo-szczytowych - i z punktu widzenia fizyki, to są one czystym bezsensem. Ale naszej kochanej ekonomii zawdzięczamy, że bezsens staje się sensowny. Ich użyteczność bierze się z tego, że prąd brany do zasilania pomp, jest w nocy tańszy niż w dzień - więc przepompowuje się nocą wodę ze zbiornika niskiego do wysokiego. Za dnia woda spływa z powrotem na dół, porusza turbiny i generowany jest prąd - mniejsze ilości niż ten który został zużyty do przepompowania wody, bo żaden proces na Ziemi nie zachodzi ze 100% sprawnością. Ale całe to wariactwo jest opłacalne właśnie dlatego, że ta mniejsza ilość prądu wyprodukowana w ciągu dnia, kosztuje więcej niż ta większa ilość prądu zużyta w ciągu nocy. Z punktu widzenia ochrony środowiska jest to mało korzystne, bo prąd tracony przez nie-stuprocentową sprawność całego procesu musi zostać dodatkowo wyprodukowany w innych elektrowniach, co wiąże się z dodatkowymi emisjami CO2, SO2, pyłów i innego badziewia (niedużych ilości, ale jednak..)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Problem w tym, że stacja pompowo-szczytowa, nawet jeśli jest niedoskonała, jest najlepszym z dostępnych obecnie rozwiązań. Elektrownia nie jest w stanie ot tak sobie manipulować ilością wytwarzanej energii, więc jakoś trzeba sobie radzić z jej nadmiarem w ciągu nocy. Z dwojga złego lepiej ją zmagazynować, niż np. nagrzać wodę w rzece.

Share this post


Link to post
Share on other sites

lucky_one - to nie jakieś wymysły ekonomiczne ale struktura popytu i podaży energii elektrycznej powoduje stosowanie elektrowni szczytowo-pompowych. Popyt jest mocno zmienny w trakcie doby (wyróżnia się szczyty ranny, popołudniowy i wieczorny oraz zdecydowane doły, największy jest między 22 a 6 rano gdy większość śpi). Z kolei podaż jest z elektrowni pracujących w systemie ciągłym, bo wtedy uzyskuje się najwyższą sprawność i najmniejszą emisję CO2  do atmosfery, także wszelkie filtry i katalizatory spalin optymalizuje się do takiego obciążenia. Prąd z elektrowni wiatrowych, słonecznych czy wodnych nigdy nie zapewnia ciągłości dostaw, co grozi blackautem.

Elektrownia szczytowo-pompowa ma swoją nazwę od przeznaczenia - służy do dostarczania energii elektrycznej w trakcie szczytów zapotrzebowania, by nie trzeba było niepotrzebnie zwiększać mocy elektrowni pracujących w systemie ciągłym - więc  funkcję ekologiczną też spełniają.

PS. Z tą ekologicznością elektrowni na źródłach odnawialnych to bardzo dziwna sprawa jest - farmy elektrowni wiatrowych wytwarzają hałas powyżej 110 dB oraz masowo giną na nich przelatujące ptaki. Na zaporach wodnych biocenoza rzeki zazwyczaj jest niszczona (ostatnim hitem ekologicznym w stanach jest likwidowanie elektrowni wodnych właśnie dla odbudowy pierwotnej biocenozy rzeki), zaś koszty utylizacji ogniw fotoelektrycznych w ekologicznym reżimie są po prostu koszmarne (dlatego elektronika najczęściej obecnie jest pakowana na statki i wygróżdżana do oceanu u wybrzeży Somalii).

Share this post


Link to post
Share on other sites

  Zgadzam się, że z ekologicznymi źródłami energii to w większości jest pic na wodę.. Dlatego ja ciągle powtarzam, że obecnie najlepszym źródłem energii (bilans zysków i strat, zarówno dla środowiska jak i ekonomicznie - koszty konserwacji, budowy itp) są elektrownie atomowe.

  A co do elektrowni szczytowo-pompowych, to w sumie wiedziałem że przeznaczenie jest takie jak napisałeś ;) Jedyne co, że ich nie doceniałem :) Także w tym względzie przyznaję Ci rację - słusznie zauważyłeś, że łatwiej dla zwykłych elektrowni będzie zoptymalizować pracę w reżimie ciągłym. A nadwyżki magazynować.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ciekawe jak jest z elekrowniami atomowymi. Czy tam da się w jakiś sposób "regulować" ilość wytwarzanej w danym momencie energii?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nie wiem, jak to jest w tych nowoczesnych elektrowniach n-tej generacji, ale w starszych nie za bardzo było to możliwe - patrz czarnobyl.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nie wiem, jak to jest w tych nowoczesnych elektrowniach n-tej generacji, ale w starszych nie za bardzo było to możliwe - patrz czarnobyl.

Czarnobyl był ewidentną winą człowieka, a jedyną winą technologii był brak żelaznych zabezpieczeń, których nie da się sforsować nawet podczas planowanych doświadczeń. Nawet w czarnobylskiej elektrowni dało się regulować ilość wytwarzanej energii i wydajność reaktora. Osiąga się to dzięki stosowaniu rdzeni grafitowych, które ograniczają "łańcuchowość" rozpadów, tzn. pochłaniają energię powstającą podczas rozpadu i zapobiegają jej wykorzystaniu do wywołania kolejnych rozpadów. Nie zmienia to co prawda tempa zużywania samego paliwa, ale ilość wysyłanej do sieci energii da się regulować.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Oglądałem kiedyś jakiś dokument w którym powiedziane  było, że w czarnobylu właśnie przesadzono ze zmniejszaniem poziomu produkowanej energii. Nie pamietam o co dokładnie chodziło. Być może o to że nie mogła ona się w takiej sytuacji sama napędzić (moduły chłodzenia?). Regulacja była możliwa, ale jak widać do pewnego stopnia.

Share this post


Link to post
Share on other sites

No ale właśnie o to chodz, ze w Czernobylu popełniono katastrofalny błąd i uzależniono chłodzenie od działania samego reaktora. Po prostu, mówiąc w największym skrócie, projektanci nie przewidzieli, że ktoś może być aż tak głupi. W dzisiejszych reaktorach taka sytuacja nie ma prawa zaistnieć.

Share this post


Link to post
Share on other sites

W zasadzie teraz jest ostatni dzwonek, bo jak się za to nie weźmiemy, to zwyczajnie zacznie nam brakować energii i dopiero będą jaja.

Share this post


Link to post
Share on other sites

  Aż tak, źle to nie będzie. Mamy jeszcze w kij ropy, gazu i węgla. Po drugie są bardzo ciekawe zaawansowane projekty związane z nowymi źródłami energii.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ropy i gazu nie starczy nam na dostarczanie energii dla całego kraju, do tego ich ceny będą rosły, a my będziemy uzależnieni od ciągłych i regularnych dostaw, co jest dla nas wybitnie niekorzystne. Inwestowanie w węgiel to z kolei nonsens z punktu widzenia długofalowej strategii - lepiej zachować go na gorsze czasy, kiedy ropy zabraknie (inna rzecz, że współpraca z polskimi górnikami ociera się o szaleństwo). A odnawialne źródła energii przez najbliższych 20 lat nie rozwiną się raczej na tyle, by zaspokoić zapotrzebowanie całego kraju wielkości Polski.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jeśli chodzi o Polskę, to odnawialne źródła energii pewnie się nawet nie rozwiną tak, żeby zasilać średniej wielkości wieś :/ A co tu dopiero mówić o kraju..

Share this post


Link to post
Share on other sites

A tu chodziło o Polskę ;) Otóż nieprawda. Gdyby skorzystać z samej tylko geotermi mozna by zasilić niejedną Polskę. Ale technologia droga, oj droga. A najgłupszą rzeczą co można zrobić ( i to jest prawnie wymuszone na elektrowniach) jest spalanie roślin.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Bardzo ogólnie rzecz ujmując: radziecki (czernobylki) typ reaktora atomowego korzystał z wody otaczającej rdzeń do wyłapywania nadmiaru elektronów. Same elektrony były spowalniane przez rdzenie. Gdy reaktor się przegrzał, woda zamieniała sie w parę, nie wyłapywała elektronów, te nadal były spowalniane... mieliśmy więc do czynienia z coraz większą liczbą elektronów zdolnych do wywoływania rozpadów.

W stosowanych na Zachodzie reaktorach woda wykorzystywana jest do spowalniania. Jeśli dojdzie do przegrzania, woda paruje, nic nie spowalnia elektronów, nie ma dodatkowych rozpadów, reaktor samodzielnie się stabilizuje.

 

Teraz dwa pytania:

 

1. czy nie powinniśmy podziękować ekologom, którzy zatrzymali budowę Żarnowca (zwanego wówczas Żarnobylem)? Gdyby nie oni, mielibyśmy w kraju rozsypującą się, wyłączoną elektrownię, na której zabezpieczenie trzeba by wydawać tyle kasy, że nie wystarczyłoby na normalą elektrownię

 

2. dlaczego elektrownię traktuje się jak bożka? Czym się ona różni od innych firm? Elektrownia atomowa powinna powstać na zasadach takich, jak inne przedsięwzięcia biznesowe - jeśli będzie ktoś chętny by takie coś wybudować, niech buduje. Z budżetu nie powinna na to pójść ani złotówka.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Co do pkt 2 zgodzę się w kwestii umożliwienia budowy bez robienia większych problemów i bez nakładów państwa, bo inwestor znalazłby się na pewno. Nie zgodzę się za to, że jest to inwestycja jak każda inna. Dostawy energii są dla państwa sprawą strategiczna i nie ma kraju na świecie, w którym państwo by ich nie kontrolowało przynajmniej częściowo. W razie sytuacji kryzysowej konieczne jest, by państwo miało dostęp do energii, więc nie dziwi mnie, że jakaś kontrola jest potrzebna. Oczywiście pozostaje jednak pytanie, jak dalece powinna być ona posunięta.

Share this post


Link to post
Share on other sites

@Douger - ja nie mówiłem jaki Polska ma potencjał do wykorzystania energii odnawialnych, tylko jak zostaną te energie wprowadzone ;) Czyli jak przystało na nasz kraj - wszystko zostanie zmarnowane, rozdrapane, winę zrzuci się na kogoś, a ludzie zostaną 100lat za resztą świata. Potem przyjdzie zachodni inwestor, wykupi, i będzie nam sprzedawać po europejskich cenach (przy polskich pensjach :) - czyli w przeliczeniu 4 razy drożej).

 

Bo tak to już w Polsce jest.. I tu niestety się sprawdza powiedzenie, iż historia narodów uczy, że narody niczego nie nauczyły się z historii..

Share this post


Link to post
Share on other sites

@mikroos: jedyna kontrola ze strony państwa, jaka byłaby potrzebna, to kontrola nad materiałami rozszczepialnymi. I tyle

Cała energetyka może być prywatna, w niczym to nie zagraża państwu. Mówienie o "strategicznych" sektorach, które musza być państwowe, prowadzi do tego, że "musimy" mieć państwową kolej, górnictwo, energetykę, przemysł stoczniowy... właściwie wszystko powinno być państwowe. Jeszcze niedawno gadano, że TPSA nie można prywatyzować, bo łaczność jest strategiczna.

To ja się zapytam: co jest ważniejsze - niezakłócone dostawy energii czy żywności? Jakoś przemysł spożywczy jest całkowicie w prywatnych rękach i nikt się nie obawia, że w sytuacjach kryzysowych żywności zabraknie. To raczej wtedy, gdy państwo czymś zarządza mamy do czynienia z ciągłą sytuacją kryzysową i brakami - przypomnę tylko słynny "20. stopień zasilania".

 

W sytuacjach kryzysowych państwo ma chociażby takie instrumenty jak stan wyjątkowy lub wojenny, i na podstawie odpowiednich przepisów jest w stanie w parę chwil przejąć kontrolę nad energetyką.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Cała energetyka może być prywatna, w niczym to nie zagraża państwu. Mówienie o "strategicznych" sektorach, które musza być państwowe, prowadzi do tego, że "musimy" mieć państwową kolej, górnictwo, energetykę, przemysł stoczniowy...

Nie widzę związku. To kwestia rozsądnej interpretacji dobrego pomysłu, a nie wadliwej koncepcji.

Jeszcze niedawno gadano, że TPSA nie można prywatyzować, bo łaczność jest strategiczna.

Tyle, że czasy się zmieniły. Mamy komórki, mamy łączność satelitarną, mamy radiotelefonię - państwo sobie poradzi np. w razie wojny. Energii w znacznych ilościach nie dostarczysz bezprzewodowo. Inna sprawa, że mam wrażenie, że nie odróżniasz w tym momencie prywatyzacji (czyli zmiany właściciela) od kontroli (czyli posiadania pewnego wpływu na poczynania firmy w ściśle uzasadnionych sytuacjach).

To ja się zapytam: co jest ważniejsze - niezakłócone dostawy energii czy żywności? Jakoś przemysł spożywczy jest całkowicie w prywatnych rękach i nikt się nie obawia, że w sytuacjach kryzysowych żywności zabraknie.

A kto Tobie naopowiadał takich rzeczy? Przecież mamy państwowe zapasy żywności (zajmuje się tym, o ile wiem, Agencja Rynku Rolnego), zaś do ich dystrybucji w sytuacjach nagłych wyznaczone są ściśle określone jednostki.

W sytuacjach kryzysowych państwo ma chociażby takie instrumenty jak stan wyjątkowy lub wojenny, i na podstawie odpowiednich przepisów jest w stanie w parę chwil przejąć kontrolę nad energetyką.

I ja właśnie o tym mówię. Rynek powinien być wolny, ale państwo powinno mieć kontrolę rozumianą w taki sposób, że w sytuacji nagłej jest w stanie przejąć dostęp do sieci przesyłowej oraz sieci wytwórców w trybie natychmiastowym. Regulacja cen itp. rzeczywiście powinna pozostać kwestią umów pomiędzy usługodawcami i użytkownikami - tu masz moje pełne poparcie.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Eksperci z Rocky Mountain Institute opublikowali raport, z którego dowiadujemy się, że koszty produkcji energii z węgla osiągnęły punkt zwrotny i obecnie energia ta na większości rynków przegrywa konkurencję cenową z energią ze źródeł odnawialnych. Z analiz wynika, że już w tej chwili koszty operacyjne około 39% wszystkich światowych elektrowni węglowych są wyższe niż koszty wybudowania od podstaw nowych źródeł energii odnawialnej.
      Sytuacja ekonomiczna węgla będzie błyskawicznie się pogarszała. Do roku 2025 już 73% elektrowni węglowych będzie droższych w utrzymaniu niż budowa zastępujących je odnawialnych źródeł energii. Autorzy raportu wyliczają, że gdyby nagle cały świat podjął decyzję o wyłączeniu wszystkich elektrowni węglowych i wybudowaniu w ich miejsce odnawialnych źródeł energii, to przeprowadzenie takiej operacji stanie się opłacalne już za dwa lata.
      Szybsze przejście od węgla do czystej energii jest w zasięgu ręki. W naszym raporcie pokazujemy, jak przeprowadzić taką zmianę, by z jednej strony odbiorcy energii zaoszczędzili pieniądze, a z drugiej strony, by pracownicy i społeczności żyjące obecnie z energii węglowej mogli czerpać korzyści z energetyki odnawialnej, mówi Paul Bodnar, dyrektor Rocky Mountain Institute.
      Autorzy raportu przeanalizowali sytuację ekonomiczną 2472 elektrowni węglowych na całym świecie. Wzięli też pod uwagę koszty wytwarzania energii ze źródeł odnawialnych oraz jej przechowywania. Na podstawie tych danych byli w stanie ocenić opłacalność energetyki węglowej w 37 krajach na świecie, w których zainstalowane jest 95% całej światowej produkcji energii z węgla. Oszacowali też koszty zastąpienia zarówno nieopłacalnej obecnie, jak o opłacalnej, energetyki węglowej przez źródła odnawialne.
      Z raportu dowiadujmy się, że gdyby na skalę światową zastąpić nieopłacalne źródła energii z węgla źródłami odnawialnymi, to w bieżącym roku klienci na całym świecie zaoszczędziliby 39 miliardów USD, w 2022 roczne oszczędności sięgnęłyby 86 miliardów, a w roku 2025 wzrosłyby do 141 miliardów. Gdyby jednak do szacunków włączyć również opłacalne obecnie elektrownie węglowe, innymi słowy, gdybyśmy chcieli już teraz całkowicie zrezygnować z węgla, to tegoroczny koszt netto takiej operacji wyniósłby 116 miliardów USD. Tyle musiałby obecnie świat zapłacić, by już teraz zrezygnować z generowania energii elektrycznej z węgla. Jednak koszt ten błyskawicznie by się obniżał. W roku 2022 zmiana taka nic by nie kosztowała (to znaczy koszty i oszczędności by się zrównoważyły), a w roku 2025 odnieślibyśmy korzyści finansowe przekraczające 100 miliardów dolarów w skali globu.
      W Unii Europejskiej już w tej chwili nieopłacalnych jest 81% elektrowni węglowych. Innymi słowy, elektrownie te przeżywałyby kłopoty finansowe, gdyby nie otrzymywały dotacji z budżetu. Do roku 2025 wszystkie europejskie elektrownie węglowe będą przynosiły straty. W Chinach nieopłacalnych jest 43% elektrowni węglowych, a w ciągu najbliższych 5 lat nieopłacalnych będzie 94% elektrowni węglowych. W Indiach zaś trzeba dopłacać obecnie do 17% elektrowni, a w roku 2025 nieopłacalnych będzie 85% elektrowni.
      Co ważne, w swoich wyliczeniach dotyczących opłacalności elektrowni węglowych analitycy nie brali pod uwagę zdrowotnych i środowiskowych kosztów spalania węgla.
      Energia węglowa szybko staje się nieopłacalna i to nie uwzględniając kosztów związanych z prawem do emisji i regulacjami odnośnie zanieczyszczeń powietrza. Zamknięcie elektrowni węglowych i zastąpienie ich tańszymi alternatywami nie tylko pozwoli zaoszczędzić pieniądze konsumentów i podatników, ale może też odegrać znaczną rolę w wychodzeniu gospodarki z kryzysu po pandemii, mówi Matt Gray stojący na czele Carbon Tracker Initiative.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na Uniwersytecie w Glasgow po raz pierwszy eksperymentalnie potwierdzono teorię dotyczącą pozyskiwania energii z czarnych dziur. W 1969 roku wybitny fizyk Roger Penrose stwierdził, że można wygenerować energię opuszczając obiekt do ergosfery czarnej dziury. Ergosfera to zewnętrzna część horyzontu zdarzeń. Znajdujący się tam obiekt musiałby poruszać się szybciej od prędkości światła, by utrzymać się w miejscu.
      Penrose przewidywał, że w tym niezwykłym miejscu w przestrzeni obiekt nabyłby ujemną energię. Zrzucając tam obiekt i dzieląc go na dwie części tak, że jedna z nich wpadnie do czarnej dziury, a druga zostanie odzyskana, spowodujemy odrzut, który będzie mierzony wielkością utraconej energii negatywnej, a to oznacza, że odzyskana część przedmiotu zyska energię pobraną z obrotu czarnej dziury. Jak przewidywał Penrose, trudności inżynieryjne związane z przeprowadzeniem tego procesu są tak wielkie, że mogłaby tego dokonać jedynie bardzo zaawansowana obca cywilizacja.
      Dwa lata później znany radziecki fizyk Jakow Zeldowicz uznał, że teorię tę można przetestować w prostszy, dostępny na Ziemi sposób. Stwierdził, że „skręcone” fale światła uderzające o powierzchnię obracającego się z odpowiednią prędkością cylindra zostaną odbite i przejmą od cylindra dodatkową energię. Jednak przeprowadzenie takiego eksperymentu było, i ciągle jest, niemożliwe ze względów inżynieryjnych. Zeldowicz obliczał bowiem, że cylinder musiałby poruszać się z prędkością co najmniej miliarda obrotów na sekundę.
      Teraz naukowcy z Wydziału Fizyki i Astronomii University of Glasgow opracowali sposób na sprawdzenie teorii Penrose'a. Wykorzystali przy tym zmodyfikowany pomysł Zeldowicza i zamiast "skręconych" fal światła użyli dźwięku, źródła o znacznie niższej częstotliwości, i łatwiejszego do użycia w laboratorium.
      Na łamach Nature Physics Brytyjczycy opisali, jak wykorzystali zestaw głośników do uzyskania fal dźwiękowych, skręconych na podobieństwo fal świetlnych w pomyśle Zeldowicza. Dźwięk został skierowany w stronę obracającego się piankowego dysku, który go absorbował. Za dyskiem umieszczono zestaw mikrofonów, które rejestrowały dźwięk przechodzący przez dysk, którego prędkość obrotowa była stopniowo zwiększana.
      Naukowcy stwierdzili, że jeśli teoria Penrose'a jest prawdziwa, to powinni odnotować znaczącą zmianę w częstotliwości i amplitudzie dźwięku przechodzącego przez dysk. Zmiana taka powinna zajść w wyniku efektu Dopplera.
      Z liniową wersją efektu Dopplera wszyscy się zetknęli słysząc syrenę karetki pogotowia, której ton wydaje się rosnąć w miarę zbliżania się pojazdu i obniżać, gdy się on oddala. Jest to spowodowane faktem, że gdy pojazd się zbliża, fale dźwiękowe docierają do nas coraz częściej, a gdy się oddala, słyszymy je coraz rzadziej. Obrotowy efekt Dopplera działa podobnie, jednak jest on ograniczony do okrągłej przestrzeni. Skręcone fale dźwiękowe zmieniają ton gdy są mierzone z punktu widzenia obracającej się powierzchni. Gdy powierzchnia ta obraca się odpowiednio szybko z częstotliwością dźwięku dzieje się coś dziwnego – przechodzi z częstotliwości dodatniej do ujemnej, a czyniąc to pobiera nieco energii z obrotu powierzchni, wyjaśnia doktorantka Marion Cromb, główna autorka artykułu.
      W miarę jak rosła prędkość obrotowa obracającego się dysku, ton dźwięku stawał się coraz niższy, aż w końcu nie było go słychać. Później znowu zaczął rosnąć, aż do momentu, gdy miał tę samą wysokość co wcześniej, ale był głośniejszy. Jego amplituda była o nawet 30% większa niż amplituda dźwięku wydobywającego się z głośników.
      To co usłyszeliśmy podczas naszych eksperymentów było niesamowite. Najpierw, w wyniku działania efektu Dopplera częstotliwość fal dźwiękowych zmniejszała się w miarę zwiększania prędkości obrotowej dysku i spadła do zera. Później znowu pojawił się dźwięk. Stało się tak, gdyż doszło do zmiany częstotliwości fal z dodatniej na ujemną. Te fale o ujemnej częstotliwości były w stanie pozyskać część energii z obracającego się dysku i stały się głośniejsze. Zaszło zjawisko, które Zeldowicz przewidział w 1971 roku, dodaje Cromb.
      Współautor badań, profesor Daniele Faccio, stwierdza: jesteśmy niesamowicie podekscytowani faktem, że mogliśmy eksperymentalnie potwierdzić jedną z najdziwniejszych hipotez fizycznych pół wieku po jej ogłoszeniu. I że mogliśmy potwierdzić teorię dotyczącą kosmosu w naszym laboratorium w zachodniej Szkocji. Sądzimy, że otwiera to drogę do kolejnych badań. W przyszłości chcielibyśmy badać ten efekt za pomocą różnych źródeł fal elektromagnetycznych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Często i mało, czy rzadko, ale do syta? Gdyby chodziło o dietę, większość specjalistów postawiłaby na odpowiedź 1, ale w przypadku magazynowania energii jest odwrotnie. Okazuje się, że więcej można jej zmieścić ładując rzadko, ale do pełna.Taki przynajmniej wniosek płynie z badań przeprowadzonych przez zespół naukowców IChF PAN.
      Doświadczenia dotyczyły co prawda wyidealizowanych, dwuwymiarowych układów sieciowych, ale w końcu zasada to zasada. Dr Anna Maciołek, jedna z autorów pracy opublikowanej w Physical Review opisuje ją tak: Chcieliśmy zbadać, jak zmienia się sposób magazynowania energii w układzie,  gdy  pompujemy  do  niego  energię  w  postaci  ciepła,  innymi  słowy – lokalnie  go podgrzewamy.
      Wiadomo,  że ciepło  w  układach  się  rozprzestrzenia, dyfunduje.  Ale czy na gromadzenie energii ma wpływ sposób jej dostarczania; fachowo mówiąc „geometria podawania”? Czy ma znaczenie, że podajemy dużo energii w krótkim czasie i potem długo nic, i znowu dużo energii, czy też gdy podajemy malutkie porcje  tej energii, ale za to jedna po drugiej, niemal bez przerw?
      Cykliczne podawanie energii jest bardzo powszechne w naturze. Sami dostarczamy jej sobie w ten sposób, jedząc. Tę samą liczbę kalorii można dostarczyć w jednej lub dwóch dużych porcjach zjadanych w ciągu doby, albo rozbić ją na 5-7 mniejszych posiłków, między którymi są krótsze przerwy. Naukowcy wciąż się spierają, który  sposób jest dla organizmu lepszy. Jeśli jednak  chodzi o dwuwymiarowe układy sieciowe, to już wiadomo, że pod względem efektywności magazynowania wygrywa metoda „rzadko a dużo”.
      Zauważyliśmy, że w zależności od tego, w jakich porcjach i jak często podajemy energię, ilość, jaką układ potrafi zmagazynować, zmienia się. Największa jest wtedy, gdy porcje energii są duże, ale odstępy czasowe między ich podaniem też są długie, wyjaśnia Yirui Zhang, doktorantka w IChF PAN. Co ciekawe, okazuje się, że gdy taki układ magazynujący podzielimy wewnętrznie na swego rodzaju przedziały, czy też komory, to ilość energii możliwej do zmagazynowania w takim podzielonym ‘akumulatorze’ – o ile bylibyśmy go w stanie skonstruować – wzrośnie. Innymi słowy, trzy małe baterie zmagazynują więcej energii niż jedna duża, precyzuje badaczka. Wszystko to przy założeniu, że całkowita ilość wkładanej do układu energii jest taka sama, zmienia się tylko sposób jej dostarczania.
      Choć badania prowadzone przez zespół IChF PAN należą do podstawowych i ukazują po prostu fundamentalną  zasadę  rządzącą magazynowaniem energii w magnetykach, ich potencjalne zastosowania  są  nie do  przecenienia.  Wyobraźmy  sobie  np.  możliwość  ładowania  baterii elektrycznego samochodu nie w kilka godzin, lecz w kilkanaście minut albo znaczące zwiększenie pojemności  takich  akumulatorów  bez  zmiany  ich  objętości,  czyli  wydłużenie  zasięgu  auta  na jednym ładowaniu.  Nowe  odkrycie  może  też  w  przyszłości  zmienić  sposoby  ładowania  baterii różnego typu poprzez ustalenie optymalnej periodyczności dostarczania do nich energii

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W wiecznej zmarzlinie i hydratach w głębi oceanów, uwięzione są olbrzymie ilości węgla. Od dawna słyszymy, że, w miarę wzrostu temperatury na Ziemi, węgiel ten może zostać uwolniony w postaci metanu – bardzo silnego gazu cieplarnianego – gwałtowanie przyspieszy globalne ocieplenie. Jednak ostatnie badania wskazują, że ten czarny scenariusz może się nie ziścić.
      Gdy rośliny się rozkładają, w glebie pojawia się węgiel. Jednak gdy jest bardzo zimno, materia organiczna zamarza, a węgiel zostaje w niej uwięziony i nie trafia do atmosfery. Z taką sytuacją mamy do czynienia na Syberii, Alasce i północy Kanady, tam, gdzie występuje wieczna zmarzlina. Jednak w wiecznej zmarzlinie uwięzione jest też bardzo dużo zamrożonej wody. Gdy wieczna zmarzlina zaczyna się roztapiać, gleba zostaje zalana wodą i powstaje środowisko o niskiej zawartości tlenu. W połączeniu z zawartym w glebie węglem tworzą się idealne warunki dla mikroorganizmów, które żywią się węglem i uwalniają metan do atmosfery.
      Drugie wielkie źródło metanu, hydraty metanu, znajduje się w głębi oceanów. Do ich uformowania się potrzebna jest bowiem niska temperatura i wysokie ciśnienie. Jeśli temperatura wody wzrośnie, hydraty zostaną zdestabilizowane, rozpadną się i uwolnią metan.
      Naukowcy od dawna obawiają się roztapiania wiecznej zmarzliny i destabilizacji hydratów metanu. Dlatego też postanowili sprawdzić, jak sytuacja wyglądała w przeszłości. Grupa z laboratorium profesora Wasilija Petrenko, na czele której stał Michael Dyonisius, zbadała rdzenie z lodowca Taylor na Antarktydzie. Uwięzione tam powietrze sprzed 8–15 tysięcy lat pozwalało na zbadanie składu ziemskiej atmosfery z przeszłości. To okres, który jest częściowo podobny do obecnego. Ziemia przechodziła wówczas z epoki chłodniejszej do cieplejszej. Jednak wówczas zmiana była naturalna. Teraz jest ona napędzana przez działalność człowieka i przechodzimy z epoki cieplejszej do jeszcze cieplejszej, mówi Dyonisius.
      Jak dowiadujemy się ze Science, uczeni, badając węgiel-14 w swoich próbkach stwierdzili, że uwalnianie metanu do atmosfery było wówczas małe. Prawdopodobieństwo destabilizacji starych rezerwuarów węgla i pojawienia się silnego ociepleniowego sprzężenia zwrotnego również i dzisiaj jest małe, mówi Dyonisius. Zdaniem badaczy, podczas ocieplenia związanego z końcem epoki lodowej emisja metanu do atmosfery była niewielka, gdyż na Ziemi istnieją naturalne bufory zabezpieczające.
      W przypadku hydratów (klatratów) metanu, takim buforem jest sam ocean. Jeśli doszłoby do ich rozpadu, większość uwolnionego metanu zostanie rozpuszczone i utlenione w wodzie przez mikroorganizmy. Tylko niewielka jego część trafi do atmosfery. Jeśli zaś chodzi o metan z wiecznej zmarzliny, to jeśli uformuje się on wystarczająco głęboko w glebie, to może on zostać utleniony przez bakterie, zanim z gleby się wydostanie. Może też nigdy nie powstać i węgiel z wiecznej zmarzliny uwolni się w postaci dwutlenku węgla.
      Naukowcy zauważyli jednocześnie, że w przeszłości ocieplający się klimat spowodował uwalnianie się większej ilości metanu z mokradeł. I takiego scenariusza możemy się spodziewać. Jednak, jak mówi profesor Petrenko, antropogeniczna emisja metanu jest obecnie 2-krotnie większa niż emisja z mokradeł. Nasze dane wskazują, że nie powinniśmy się martwić olbrzymią ilością metanu, która może uwolnić się w wyniku globalnego ocieplenia. Powinniśmy martwić się metanem emitowanym przez człowieka.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jednym ze sposobów na pozyskiwanie odnawialnej energii jest wykorzystanie różnicy chemicznych pomiędzy słodką i słoną wodą. Jeśli naukowcom uda się opracować metodę skalowania stworzonej przez siebie technologii, będą mogli dostarczyć olbrzymią ilość energii milionom ludzi mieszkających w okolica ujścia rzek do mórz i oceanów.
      Każdego roku rzeki na całym świecie zrzucają do oceanów około 37 000 km3 wody. Teoretycznie można tutaj pozyskać 2,6 terawata, czyli mniej więcej tyle, ile wynosi produkcja 2000 elektrowni atomowych.
      Istnieje kilka metod generowania energii z różnicy pomiędzy słodką a słoną wodą. Wszystkie one korzystają z faktu, że sole złożone są z jonów. W ciałach stałych ładunki dodatnie i ujemne przyciągają się i łączą. Na przykład sól stołowa złożona jest z dodatnio naładowanych jonów sodu połączonych z ujemnie naładowanymi jonami chloru. W wodzie jony takie mogą się od siebie odłączać i poruszać niezależnie.
      Jeśli po dwóch stronach półprzepuszczalnej membrany umieścimy wodę z dodatnio i ujemnie naładowanymi jonami, elektrony będą przemieszczały się od części ujemnie naładowanej do części ze znakiem dodatnim. Uzyskamy w ten sposób prąd.
      W 2013 roku francuscy naukowcy wykorzystali ceramiczną błonę z azotku krzemu, w którym nawiercili otwór, a w jego wnętrzu umieścili nanorurkę borowo-azotkową (BNNT). Nanorurki te mają silny ujemny ładunek, dlatego też Francuzi sądzili, że ujemnie naładowane jony nie przenikną przez otwór. Mieli rację. Gdy po obu stronach błony umieszczono słoną i słodką wodę, przez otwór przemieszczały się niemal wyłącznie jony dodatnie.
      Nierównowaga ładunków po obu stronach membrany była tak duża, że naukowcy obliczyli, iż jeden metr kwadratowy membrany, zawierający miliony otworów na cm2 wygeneruje 30 MWh/rok. To wystarczy, by zasilić nawet 12 polskich gospodarstw domowych.
      Problem jednak w tym, że wówczas stworzenie nawet niewielkiej membrany tego typu było niemożliwe. Nikt bowiem nie wiedział, w jaki sposób ułożyć długie nanorurki borowo-azotkowe prostopadle do membrany.
      Przed kilkoma dniami, podczas spotkania Materials Research Society wystąpił Semih Cetindag, doktorant w laboratorium Jerry'ego Wei-Jena na Rutgers University i poinformował, że jego zespołowi udało się opracować odpowiednią technologię. Nanorurki można kupić na rynku. Następnie naukowcy dodają je do polimerowego prekursora, który jest nanoszony na membranę o grubości 6,5 mikrometrów. Naukowcy chcieli wykorzystać pole magnetyczne do odpowiedniego ustawienia nanorurek, jednak BNNT nie mają właściwości magnetycznych.
      Cetindag i jego zespół pokryli więc ujemnie naładowane nanorurki powłoką o ładunku dodatnim. Wykorzystane w tym celu molekuły są zbyt duże, by zmieścić się wewnątrz nanorurek, zatem BNNT pozostają otwarte. Następnie do całości dodano ujemnie naładowane cząstki tlenku żelaza, które przyczepiły się do pokrycia nanorurek. Gdy w obecności tak przygotowanych BNNT włączono pole magnetyczne, można było manewrować nanorurkami znajdującymi się w polimerowym prekursorze nałożonym na membranę.  Później za pomocą światła UV polimer został utwardzony. Na koniec za pomocą strumienia plazmy zdjęto z obu stron membrany cienką warstwę, by upewnić się, że nanorurki są z obu końców otwarte. W ten sposób uzyskano membranę z 10 milionami BNNT na każdy centymetr kwadratowy.
      Gdy taką membranę umieszczono następnie pomiędzy słoną a słodką wodą, uzyskano 8000 razy więcej mocy na daną powierzchnię niż podczas eksperymentów prowadzonych przez Francuzów. Shan mówi, że tak wielki przyrost mocy może wynikać z faktu, że jego zespół wykorzystał węższe nanorurki, zatem mogły one lepiej segregować ujemnie naładowane jony.
      Co więcej, uczeni sądzą, że membrana może działać jeszcze lepiej. Nie wykorzystaliśmy jej pełnego potencjału. W rzeczywistości tylko 2% BNNT jest otwartych z obu stron, mówi Cetindag. Naukowcy pracują teraz nad zwiększeniem odsetka nanorurek otwartych z obu stron membrany.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...