Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Choć metody wytwarzania ogniw słonecznych są coraz lepsze, inżynierowie wciąż nie radzą sobie z wieloma czynnikami utrudniającymi ich produkcję. Aby udoskonalić wytwarzane przez siebie panele, sięgają więc po naprawdę nietypowe sposoby. Najnowszym z nich jest wykorzystanie... okrzemek, czyli bardzo pospolitych glonów.

Charakterystyczną cechą budowy okrzemek jest sztywna ściana komórkowa zbudowana z ditlenku krzemu (krzemionki). Mogłoby się więc wydawać, że jest to zwykły zmineralizowany pancerzyk, ale nic bardziej mylnego! Ta niepozorna struktura to w rzeczywistości miniaturowe dzieło biologicznej "inżynierii", posiadające unikalne właściwości optyczne, mogące znacząco ułatwić produkcję ogniw słonecznych.

Na pomysł wykorzystania mikroorganizmów do wytwarzania ogniw wpadli naukowcy z Uniwersytetu Stanu Oregon, kierowani przez prof. Grega Rorrera. Planują oni stworzenie ogniw, w których dochodzi do "uwięzienia" fotonów światła i pochłonięcia znacznej ilości energii podczas ich odbić wewnątrz innowacyjnej struktury.

Do produkcji paneli wykorzystuje się płyty szklane, które zostają umieszczone w zbiorniku wypełnionym okrzemkami. Po pewnym czasie glony osiadają na gładkiej powierzchni i przylegają do niej. Następnym etapem jest usunięcie materii organicznej (a więc wszelkich struktur komórkowych) bez naruszania krzemionkowych skorupek.

Gdy jedyną pozostałością po okrzemkach jest ditlenek krzemu, płyty przenosi się do roztworu z zawieszonymi drobinami tytanu. Za pomocą specjalnego środka utlenia się go do ditlenku tytanu (TiO2), który osiada na porowatej powierzchni krzemionkowych skorupek. Pełni on funkcję półprzewodnika i działa podobnie jak w standardowych ogniwach, lecz dzięki wyjątkowemu ukształtowaniu podłoża fotony światła mogą wielokrotnie odbijać się i przetwarzać większą część własnej energii na energię elektryczną wytwarzaną przez ogniwo.

Wydajność ogniwa jest wyższa od większości znanych obecnie rozwiązań. Co więcej, do jego wytwarzania nie jest wymagane stosowanie agresywnych i niebezpiecznych dla środowiska chemikaliów, koniecznych podczas produkcji standardowych ogniw słonecznych.

Jak przyznaje prof. Rorrer, przemiany fizyczne zachodzące pod tytanową powierzchnią nie zostały jeszcze dokładnie poznane. Wiele wskazuje jednak na to, że sekretem skuteczności wynalazku jest wnikanie ditlenku tytanu do wnętrza porowatej struktury krzemionki. Pozwala to na przechwytywanie nie tylko tych fotonów, które odbijają się od powierzchni szklanej płyty, lecz także tych, które przeniknęły głębiej.

Niestety, autorzy nowoczesnych ogniw nie poinformowali, kiedy mogłyby one trafić na rynek.

Share this post


Link to post
Share on other sites

  Dobrze, że to rozwijają. Bo obecnie zysk energetyczny wynikający z użytkowania ogniwa, jest niższy niż koszt energetyczny potrzebny do jego wykonania. Do tego przy produkcji używane są bardzo toksyczne związki, a utylizacja ogniwa to koszmar. Więc korzyść ekologiczna żadna.

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
      Badacze z sześciu ośrodków naukowych w Polsce w ramach konsorcjum BIOG-NET przyglądają się mikroskopijnym glonom – okrzemkom i ich fenomenalnej zdolności do syntezy krzemionki o trójwymiarowej, ażurowej nanostrukturze, aby na bazie tych obserwacji stworzyć innowacyjne biokompozyty do zastosowań m.in. w medycynie i kosmetologii. Na badania 21 mln zł przekazała Fundacja na rzecz Nauki Polskiej w ramach programu TEAM-NET.
      Nie od dziś wiadomo, że największą i najlepszą bazą pomysłów i rozwiązań na wszelkie kłopoty trapiące ludzkość jest natura. Wśród produktów, które zrodziły się z naśladowania natury są m.in. aerodynamiczne kombinezony imitujące skórę rekina, samooczyszczające się farby elewacyjne o budowie zbliżonej do liści lotosu, budynki wentylowane podobnie jak termitiery czy sztuczne sieci neuronowe wykorzystywane we współczesnej informatyce. W poszukiwaniu rozwiązań dla nowoczesnych technologii bogatym źródłem inspiracji są także mikroorganizmy, a wśród nich okrzemki, budujące pancerzyki z krzemionki o niezwykle złożonej, porowatej nanostrukturze – mówi prof. Bogusław Buszewski z Wydziału Chemii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu, który jest kierownikiem projektu naukowego BIOG-NET.
      Okrzemki to jednokomórkowe algi, występujące na całej kuli ziemskiej, we wszystkich środowiskach wodnych, także na lodzie i śniegu. Ich krzemionkowe pancerzyki mają średnicę około 10 mikrometrów czyli jednej setnej milimetra. Chociaż są tak mikroskopijne, mają bardzo ciekawą, porowatą strukturę, a ich powierzchnia jest pofałdowana i pocięta licznymi szczelinami. Ta ażurowość jest cechą, która najbardziej fascynuje naukowców i inżynierów. Dzięki niej, szkielety okrzemek można potraktować jako doskonały punkt wyjścia do opracowania nowej generacji nanomateriałów krzemionkowych, biokompatybilnych z organizmami żywymi. Ponadto, mogą one spełniać rolę „pudełka” lub „magazynu” dla biologicznie aktywnych substancji, uwalnianych w zależności od potrzeb i przeznaczenia. Kilka ośrodków naukowych na świecie próbowało już wykorzystać okrzemki jako nośniki leków.
      Lecznicze opatrunki jutra
      Naszym nadrzędnym celem jest stworzenie innowacyjnych kompozytów nanokrzemionkowych. Chcemy wykorzystać szkielety określonych gatunków okrzemek i modyfikować je za pomocą różnych metali – np. rutenu czy srebra – aby nadać im zupełnie nowe, unikalne właściwości. Jednym z przewidywanych przez nas zastosowań tych biokompozytów są nowoczesne opatrunki, posiadające zdolności chłonne bądź też uwalniające określone substancje lecznicze. Opatrunki takie mogą być wykorzystywane w leczeniu trudno gojących się ran, odleżyn lub infekcji skórnych – tłumaczy prof. Bogusław Buszewski.
      Aby jednak doszło do stworzenia takich opatrunków, najpierw konieczne jest opracowanie warunków do wydajnej hodowli okrzemek, zaawansowane, precyzyjne obrazowanie i modelowanie ich struktur powierzchniowych, i dopiero funkcjonalizowanie, czyli modyfikowanie pozyskanych od mikroorganizmów nanostruktur krzemionkowych. Dlatego w projekt BIOG-NET zaangażowanych jest aż sześć ośrodków naukowych. Oprócz Wydziału Chemii UMK w Toruniu są to: Wydział Nauk o Ziemi Uniwersytetu Szczecińskiego, Wydział Mechaniczny Politechniki Białostockiej, Wydział Chemii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej oraz Wydział Biologii i Biotechnologii Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie. Zadania badawcze wszystkich placówek pozostają w ścisłej synergii, a tak szeroka współpraca jest ponadto gwarantem otrzymania wiarygodnych i powtarzalnych rezultatów o najwyższej jakości.
      Naukowcy mają nadzieję na szybką komercjalizację opracowanych przez nich funkcjonalizowanych nanomateriałów krzemionkowych, gdyż partnerem strategicznym projektu BIOG-NET są Toruńskie Zakłady Materiałów Opatrunkowych. Zainteresowanie naszymi badaniami przejawiają też firmy farmaceutyczne, producenci suplementów diet i chemii gospodarczej. Inną możliwością jest zastosowanie wyników naszych prac w szeroko pojętej kosmetologii – podkreśla prof. Buszewski. Stąd partnerami przemysłowymi są również firmy Sygnis czy AdvaChemLab.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Pył z krzemionki, niezwykle rozpowszechnionego materiału występującego na Ziemi, został odkryty w pozostałościach po dwóch supernowych. To pierwszy dowód wskazujący, że krzemionka powstaje wskutek eksplozji gwiazd. Coś tak powszechnego na Ziemi jest tworzone podczas jednych z najpotężniejszych eksplozji we wszechświecie. To źródło krzemionki, mówi współautor badań Haley Gomez, astronom z brytyjskiego Cardiff University.
      Astronomowie od dawna zastanawiali się, w jaki sposób powstaje pył kosmiczny. Początkowo sądzono, że tworzy się on z zastygającego wiatru gwiezdnego, który napotyka na zimną przestrzeń międzygwiezdną. Gdy jednak odkryto pył w galaktykach, które powstały na długo, zanim mogły pojawić się gwiazdy podobne do Słońca, stwierdzono, że pył musi mieć inne pochodzenie.
      Zaczęto podejrzewać, że pył pojawia się wskutek eksplozji supernowych. Dopiero jednak niedawno udało się odnaleźć w naszym pobliżu otoczone pyłem pozostałości po supernowych.
      Jeśli najnowsze odkrycie się potwierdzi i okaże się, że pył zawierający krzemionkę rzeczywiście powstawał wskutek wybuchów pierwszych supernowych, może to oznaczać, że już u zarania wszechświata tworzyły się planety podobne do Ziemi. To niezwykle ekscytujące dowiedzieć się, że tak wcześnie istniały składniki pozwalające na powstanie planet podobnych do Ziemi. To nie musiało trwać 13 miliardów lat, mówi Gomez.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      "Ptaki" Hitchcocka dawno już stały się klasyką kina, ale dopiero teraz udało się wyjaśnić, czemu w 1961 r. mewy dokonywały samobójczych lotów na okna domów w kalifornijskiej zatoce Monterey (podobno te właśnie zdarzenia w dużej mierze zainspirowały reżysera).
      Osiemnastego sierpnia 1961 r. w jednej z kalifornijskich gazet alarmowano, że tysiące oszalałych burzyków szarych bombardują brzegi północnej części zatoki Monterey, zwracając przy tym sardele. Hitchcock widział jeden z takich incydentów, który zadziałał na jego żywą wyobraźnię.
      Wg biologów z Uniwersytetu Stanowego Luizjany, ptaki uległy zatruciu. Naukowcy, których artykuł ukazał się w piśmie Nature Geoscience, przeprowadzili sekcje padłych przed półwieczem mew, burzyków i żółwi. Badali zawartość żołądków tych zwierząt. Stwierdzono duże ilości kwasu domoikowego - neurotoksyny uszkadzającej struktury ośrodkowego układu nerwowego. Ponieważ aminokwas ten jest produkowany przez morskie mięczaki i okrzemki, kumuluje się w organizmach m.in. sardeli i kałamarnic, którymi żywią się ptaki morskie. Uszkadzając mózg (a zwłaszcza hipokampa), kwas domoikowy może w skrajnych przypadkach doprowadzać do dezorientacji. Niekiedy zatrucie kończy się też śmiercią.
      Jak wylicza Sibel Bargu, kwas domoikowy wykryto w 79% planktonu zjedzonego przez sardele i kałamarnice. W krótkim czasie neurotoksyna mogła zostać na tyle skoncentrowana, by uśmiercić stworzenia z kolejnych szczebli łańcucha pokarmowego. Pani Bargu podkreśla, że choć już wcześniej wspominano o zatruciu ptaków, dotąd nie udawało się zdobyć na to dowodów. My pokazaliśmy próbki planktonu z zatrucia z 1961 r. [na co dzień są one przechowywane w Scripps Institution of Oceanography], w których znalazły się wytwarzające neurotoksynę okrzemki Pseudo-nitzschia [...].
      W 1991 r. na tym samym obszarze podobnemu zatruciu uległy pelikany brunatne. W żołądkach stanowiących podstawę ich diety ryb odkryto duże ilości okrzemek Pseudo-nitzschia i kwasu domoikowego. Uprawdopodobniało to hipotezę, że ten sam los spotkał 30 lat wcześniej burzyki, mewy i innych nieszczęśników.
      Poszukując bezpośredniej przyczyny zakwitów, naukowcy dywagują, że może chodzić o pestycydy, niewykluczone też, że na przeżywającym budowlany boom terenie doszło (i dochodzi) do wycieku z szamb.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zespół profesora Xaioyanga Zhu z University of Texas odkrył, iż dzięki zastosowaniu w ogniwach słonecznych plastikowego półprzewodnika można dwukrotnie zwiększyć liczbę elektronów uzyskiwanych z pojedynczego fotonu. Tym półprzewodnikiem jest policykliczny węglowodór aromatyczny, pentacen.
      Przed rokiem pisaliśmy, że profesor Zhu przeprowadził badania, z których wynikało, że wydajność ogniw słonecznym można będzie zwiększyć do 66%. Obecnie najbardziej wydajne urządzenia tego typu są w stanie przekształcić w prąd elektryczny około 31% energii słonecznej. Dzieje się tak, gdyż zdecydowaną większość energii stanowią tzw. gorące elektrony, których nie potrafiliśmy przechwytywać. Zhu pokazał, w jaki sposób można to zrobić. Profesor zaznaczył wówczas, że stworzenie szeroko dostępnej technologii będzie trudne, gdyż wymaga mocnego skoncentrowania promieni słonecznych na panelach, do czego z kolei konieczne jest opracowanie sposobów produkcji ogniw z nowych materiałów.
      Teraz zespół pod kierunkiem uczonego znalazł alternatywę. Uczeni odkryli, że możliwe jest uzyskanie dwóch elektronów z pojedynczego fotonu i ich przechwycenie. Co więcej, ich rozwiązanie nie wymagałoby koncentrowania promieni. Okazało się bowiem, że po zaabsorbowaniu fotonu przez pentacen zachodzi zjawisko MEG, o którym informowaliśmy przed kilkoma dniami, przy okazji stworzenia ogniwa słonecznego o zewnętrznej wydajności kwantowej przekraczającej 100%.
      Zdaniem Zhu zastosowanie pentacenu pozwoli na zwiększenie wydajności ogniw do 44%.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Badacze z amerykańskiego Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) poinformowali o stworzeniu pierwszego ogniwa słonecznego, którego zewnętrzna wydajność kwantowa wynosi ponad 100%. Dla fotoprądu wartość zewnętrznej wydajności kwantowej - podawaną w procentach - wylicza się na podstawie liczby elektronów przepływających przez obwód w ciągu sekundy podzielonej przez liczbę fotonów z określonej długości fali, wpadających w ciągu sekundy do ogniwa słonecznego. Dotychczas nie istniały ogniwa, których wydajność w jakimkolwiek zakresie fali przekraczałaby 100%. Uczonym z NREL udało się osiągnąć szczytową wydajność kwantową rzędu 114%. W przyszłości może to pozwolić na zbudowanie ogniw słonecznych, z których energia będzie równie tania, lub tańsza, od energii uzyskiwanej z paliw kopalnych czy energii jądrowej.
      Mechanizm uzyskania wydajności większej niż 100% bazuje na procesie zwanym Multiple Exciton Generation (MEG), podczas którego pojedynczy foton o odpowiednio wysokiej energii tworzy więcej niż jedną parę elektron-dziura.
      W roku 2001 pracujący w NREL Arthur J. Nozik przewidział, że MEG będzie lepiej działało w półprzewodnikowych kropkach kwantowych niż w zwykłych półprzewodnikach. Pięć lat później w pracy opublikowanej wraz z Markiem Hanną Nozik stwierdził, że kropki kwantowe użyte w ogniwach słonecznych mogą zwiększyć ich wydajność o około 35% w porównaniu z innymi nowoczesnymi rozwiązaniami. Ogniwa bazujące na kropkach kwantowych nazywane się ogniwami trzeciej (lub kolejnej) generacji. Obecnie buduje się ogniwa pierwszej i drugiej generacji.
      Zjawisko MEG, zwane też Carrier Multiplication (CM), zostało po raz pierwszy zaprezentowane w Los Alamos National Laboratory w 2004 roku. Od tamtej chwili wiele innych ośrodków badawczych potwierdziło jego występowanie w różnych półprzewodnikach. Teraz NREL zaprezentował MEG o wartości większej niż 100%. Badań dokonano przy niskiej intensywności symulowanego światła słonecznego, a mimo to eksperymentalne ogniwo słoneczne osiągnęło wydajność konwersji energii rzędu 4,5%. To bardzo dobry wynik, biorąc pod uwagę fakt, że ogniowo nie było optymalizowane pod kątem wydajności.
×
×
  • Create New...