Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Radziecki program badawczy związany z podbojem kosmosu może przyczynić się do przełomu w technologii przechowywania wodoru wykorzystywanego jako paliwo. Niemieccy i izraelscy naukowcy zaadaptowali rozwiązania stosowane przez uczonych w ZSRR tak, by nadawały się do zasilania laptopów czy samochodów.

Wszystko zaczęło się w 2005 roku, gdy do izraelskiego przedsiębiorcy Mosze Sterna zgłosił się rosyjski naukowiec Jewgienij Wielikow i opowiedział mu o nowej technologii. Stern, który wcześniej nie miał do czynienia z alternatywnymi źródłami energii, tak bardzo uwierzył Rosjaninowi, że jego szwajcarska firma C.En rozpoczęła prace nad przystosowaniem radzieckich pomysłów do czasów współczesnych. Wszystko wskazuje na to, że prace zakończyły się sukcesem, czego dowodem może być certyfikat bezpieczeństwa, jaki przed trzema tygodniami wydał nowej technologii niemiecki Federalny Instytut Badań i Testowania Materiałów (BAM). BAM, na podstawie badań trwających od lutego 2008 roku, orzekł, że nowa metoda przechowywania jest bezpieczna.

Wodór jest trudno przechowywać, gdyż bardzo łatwo wycieka on ze zbiorników, co grozi eksplozją. C.En przystosowało opracowany w moskiewskim Instytucie Kurczatowa kapilarny system przechowywania wodoru. Izraelczycy proponują przechowywać go w wiązkach cienkich niezwykle wytrzymałych szklanych rurek. Nazywają to macierzą kapilarną. Macierz jest odporna na wycieki, a szkło jest dwukrotnie lżejsze od stosowanych obecnie do przechowywania wodoru zbiorników ze stali. Jednocześnie macierz kapilarna ma trzykrotnie większa pojemność. Jest przy tym tańsza od zbiornika stalowego.

Prototypowy zbiornik z wodorem ma składać się z obudowy, wewnątrz której będzie zamkniętych kilka macierzy kapilarnych. Każda z macierzy ma wymiary 20x20x80 centymetrówi składa się z rurek o średnicy kilku mikronów. Jej pojemność to 32 litry, co wystarcza do zmieszczenia 1,4 kilograma wodoru przechowywanego pod ciśnieniem 1200 atmosfer. Zbiornik ma pomieścić około 5 macierzy, czyli 7 kg wodoru, a więc ilość wystarczającą do przejechania około 500 kilometrów. Po zatankowaniu do pełna ma ważyć około 30 kilogramów. Na końcu wylotu ze zbiornika ma znajdować się ogniwo paliwowe, które będzie produkowało prąd z wodoru.

Eksperci są zaskoczeni osiągnięciami Izraelczyków. Mówią jednak, że jeśli macierz kapilarna wytrzyma silne zewnętrzne ciśnienie, to rzeczywiście może nadawać się do przechowywania paliwa dla pojazdów na wodór.

Firma C.En, która została założona przez Sterna, zebrała już 25 milionów dolarów od inwestorów z USA, Izraela, Rosji, Japonii, Korei Południowej i Włoch. Głównym naukowcem w firmie jest profesor z Uniwersytetu Ben Guriona, Dan Eliezer, wybitny ekspert ds. przechowywania wodoru, były doradca NASA i US Air Force. Początkowo był on bardzo sceptyczny. Jednak w 2007 roku pojechał do Moskwy i po miesiącu badań nad rosyjską technologią stwierdził, że warto zainwestować w nią swój czas. Na czele firmy stoi sam Stern, a Jewgienij Wielikow został jej honorowym prezesem. Instytut Kurczatowa będzie otrzymywał opłaty licencyjne, jako autor oryginalnego pomysłu.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Pozostaje tylko czekać na odpowiedź OPEC, jeśli informacje z artykułu potwierdzą się to będzie koniec silników spalinowych (ich jedyna zaleta to duża ilość energii z jednostki masy paliwa, poza tym maja same wady: są duże, ciężkie,skomplikowane (dużo części - dużo okazji do awarii) głośne, mało wydajne i dodatkowo uzyskują użyteczną moc w dość małym zakresie obrotów, co wymusza stosowanie skrzyń biegów. Całej tej litanii wad nie mają natomiast silniki elektyczne, tylko jak dotąd był problem z zasilaniem (przechowywaniem prądu).A teraz palnie się na rzecze turbinkę, da jakąś rurę do wytwornicy wodoru (elektroliza) i będzie ok.

Share this post


Link to post
Share on other sites

A teraz palnie się na rzecze turbinkę, da jakąś rurę do wytwornicy wodoru (elektroliza) i będzie ok.

i BUUUUM!!!!

 

gdy autka się zderzą :D

Share this post


Link to post
Share on other sites

i BUUUUM!!!!

 

gdy autka się zderzą :D

Ano bum (a raczej krach czyli dźwięk giętych blach), tyle że bez eksplozji/palącego się paliwa, wodór jako kilkanaście razy lżejszy odpowietrza błyskawicznie ulotni się w górne warstwy atmosfery (na co wskazuje choćby katastrofa Hindenburga, paliła się pokrycie powłoki a nie sam gaz, który nie zdążył utworzyć z powietrzem mieszanki wybuchowej dość nisko żeby się na ogień załapać (co udowadnia choćby kolor płomieni,zależny od spalanych pierwiastków). Co innego benzyna. ta rozlewa się po podłożu i może stanowić niebezpieczeństwo.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Guest derobert

jeśli dobrze liczę to do zatnkowania zbiornika potrzeba 150 litrów wodoru.. to troche duzo :D

Share this post


Link to post
Share on other sites

Oczywiście, silniki spalinowe mogą również być zasilane wodorem. Żadnych skomplikowanych, drogich, mało wydajnych i awaryjnyh ogniw paliwowych, żadnych skomplikowanych systemów sterujących. Tylko ssanie, sprężanie, praca, wydech i para wodna na wyjściu.

 

A co do oszczędnych silników spalinowych:

http://www.faqs.org/abstracts/Automobiles/Ford-Probe-GT-Ford-Fiesta-2-stroke.html

 

Ta dwusuwowa Fiesta spalała 1.4 litra na setkę.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Wspaniały pomysł z tymi kapilarami :D  I jeśli sig ma rację, to rzeczywiście wodór będzie wbrew pozorom znacznie bezpieczniejszy ;)

 

To by był prawdziwy przełom, jeśli można by wprowadzić pojazdy zasilane wodorem, produkowanym właśnie z wytwornic zasilanych turbinami wodnymi lub wiatrowymi ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Oczywiście, silniki spalinowe mogą również być zasilane wodorem. Żadnych skomplikowanych, drogich, mało wydajnych i awaryjnyh ogniw paliwowych, żadnych skomplikowanych systemów sterujących. Tylko ssanie, sprężanie, praca, wydech i para wodna na wyjściu.

 

A co do oszczędnych silników spalinowych:

http://www.faqs.org/abstracts/Automobiles/Ford-Probe-GT-Ford-Fiesta-2-stroke.html

 

Ta dwusuwowa Fiesta spalała 1.4 litra na setkę.

 

Silniki spalinowe nigdy nie będą wydajne, zamieniają na energię użyteczną tylko ok 30% potencjalnej energii paliwa (większość pozostałej jest marnowana jako ciepło). No chyba że chcesz silnikiem spalinowym (albo lepiej małą turbiną ew maszyną parową) pracującym cały czas w optymalnych dla siebie warunkach napędzać jakąś prądnicę, rozwiązanie stosowane np w spalinowych (dieslowskich) lokomotywach (silnik elektryczny ma to do siebie że moc i moment obrotowy są niezależne od obrotów, tak wiec mamy "full power" już od momentu uruchomienia silnika)

 

ps z chwilą wprowadzenia tego typu napędu na rynek trzeba będzie zalegalizować opony/buty z kolcami, para wodna (wydobywa się z rury wydechowej niezależnie od tego czy wodór będzie napędzał tradycyjny silnik czy też ogniwo paliwowe) + zimowa aura = lodowisko na jezdni.

Share this post


Link to post
Share on other sites

 

ps z chwilą wprowadzenia tego typu napędu na rynek trzeba będzie zalegalizować opony/buty z kolcami, para wodna (wydobywa się z rury wydechowej niezależnie od tego czy wodór będzie napędzał tradycyjny silnik czy też ogniwo paliwowe) + zimowa aura = lodowisko na jezdni.

 

Wystarczyło by otrzymana parę wodną skraplać wewnątrz pojazdu i raz na jakiś czas wylewać.

 

Ile wody otrzymano by z 7 kg wodoru ?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jakieś 60 kg. Problem w tym, że trzeba by było jakoś odprowadzić ciepło. Poza tym węglowodory też zawierają bardzo dużo wodoru, więc przy spalaniu powstaje woda, a mimo to katastrofy nie ma.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Właśnie przypomniałem sobie jeszcze jedną przewagę wodoru nad tradycyjnymi paliwami. Otóż wodór można produkować wszędzie (nawet i na stacji "wodorowej", nie wiem czy nie opłacało by się zainstalować na dachu ogniw słonecznych by w okresie letnim pobierać wodę z wodociągu i produkować paliwo na miejscu), zaś w przypadku kopalin jesteśmy uzależnieni od dostawców (jak bardzo jest to groźna sytuacja informuje nas co zimę kreml za pośrednictwem gazpromu).

Share this post


Link to post
Share on other sites

Tak, tylko popatrz - jeśli ten wynalazek będzie miał wejść w życie, to na pewno dostawcy ropy odpowiednio się tym zajmą, żeby albo mieć do jego wprowadzenia wyłączne prawa, albo żeby było na niego stać maksymalnie kilka tysięcy osób na świecie..

 

Przecież gdyby to było względnie tanie - np 2x droższe od normalnego samochodu z salonu, no kupiłby to prawie każdy, a kompanie naftowe musiałyby zredukować zatrudnienie o kilkadziesiąt procent (straciłyby również tyle zysków); Zupełnie by nie zbankrutowały, bo ropa jest ważnym surowcem w wielu innych gałęziach przemysłu - chemii, kosmetyce, farmaceutyce.. Ale podejrzewam że zapotrzebowanie tych przemysłów w porównaniu ze światowym transportem jest o połowę mniejsze (czyli ok 35% z całego zapotrzebowania).

 

A co do ciepła - może dałoby się je jakoś wykorzystać? Np dodatkowe ładowanie akumulatora poprzez jakiś silnik cieplny czy coś w tym stylu..?

Share this post


Link to post
Share on other sites

@sig

Z katalizatorów woda wylewa się od ładnych paru dekad. Chyba większym problemem jest ta w atmosferze.

 

Ogniwa paliwowe również nie grzeszą wydajnością, zwłaszcza podczas mrozu (kiedy to silniki cieplne akurat notują wzrost wydajności). Ponadto znanych jest wiele rozwiązań podnoszących wydajnośc silników spalinowych, które jeszcze nie zostały wdrożone. Może nigdy nie zostaną, ale czasami ludzie nawet nie wiedzą, że mają w swoich samochodach silniki Millera (niektóre Mazdy), istnieje kilka zaawansowanych dwusuwów, jakieś eliptyczne trajektorie punktu zaczepienia tłoka to korbowodu... Każde z tych rozwiązań daje mocno po tyłku prezentowanym zaletom napędu elektrycznego (z ogniwami lub bez). No i rzecz zupełnie przyziemna - diesle produkowane 20 lat temu są w stanie przejechać milion kilometrów bez remontu. Młodsze, choć także nie nowe benzynowce osiągają nie mało, bo 350-500 tysięcy km. Czy tyle wytrzymają baterie ogniw albo zestawy akumulatorów? A jak z wydajnością całości procesu produkcji wodoru czy prądu do ładowania akumulatorów?

Share this post


Link to post
Share on other sites

@sig

Z katalizatorów woda wylewa się od ładnych paru dekad. Chyba większym problemem jest ta w atmosferze.

 

Ogniwa paliwowe również nie grzeszą wydajnością, zwłaszcza podczas mrozu (kiedy to silniki cieplne akurat notują wzrost wydajności). Ponadto znanych jest wiele rozwiązań podnoszących wydajnośc silników spalinowych, które jeszcze nie zostały wdrożone. Może nigdy nie zostaną, ale czasami ludzie nawet nie wiedzą, że mają w swoich samochodach silniki Millera (niektóre Mazdy), istnieje kilka zaawansowanych dwusuwów, jakieś eliptyczne trajektorie punktu zaczepienia tłoka to korbowodu... Każde z tych rozwiązań daje mocno po tyłku prezentowanym zaletom napędu elektrycznego (z ogniwami lub bez). No i rzecz zupełnie przyziemna - diesle produkowane 20 lat temu są w stanie przejechać milion kilometrów bez remontu. Młodsze, choć także nie nowe benzynowce osiągają nie mało, bo 350-500 tysięcy km. Czy tyle wytrzymają baterie ogniw albo zestawy akumulatorów? A jak z wydajnością całości procesu produkcji wodoru czy prądu do ładowania akumulatorów?

 

Nie znam się na ogniwach paliwowych ale skoro wyżej ktoś pisał, że wydzielają dużo ciepła a Ty piszesz ze na mrozie maja kiepską wydajność to grzanie się ogniw jest plusem w końcu same się ogrzeją, a silnik spalinowy się sam nie wystudzi.

Nie wiem jaka jest optymalna temperatura pracy ogniw ale jeśli trzeba by było je chłodzić, to nie wiej jak jest z wodorem ale rozprężający się gaz w butli gazowej daje trochę chłodu. Jeśli to nie starczy to można to wykorzystywać do klimatyzacji.

 

Co do silników spalinowych to wydaje mi się, że są drogie w eksploatacji i nie wiem czy wymiana baterii raz na jakiś czas była by dużo droższa.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Rózne ogniwa mają różne warunki pracy. Np. membranowe (metanol) działają raczej w temp. pokojowej. Z ogrzewaniem się ogniw jest tak, że zachodzi w nich powolne utlenianie czyli spalanie. Jeśli się grzeją, to znaczy że część energii z paliwa jest tracona na to ogrzewanie. Tym gorzej, jeśli to warunek konieczny do działania. Bo nie dość że straty, to jeszcze jeśli będziemy mieli dużą, ciężką baterię ogniw (samochody = duża moc), to jej rozgrzanie nie nastąpi natychmiast. Jak w automobilach parowych...

 

Energię rozprężania gazu można jakoś wykorzystać - to niewątpliwe. Na przykład w samochodach na sprężone powietrze, które już jeżdżą i mają całkiem spory zasięg. Tyle, że to konstrukcja czysto mechaniczna, więc w tym dziwnym świecie niemodna.

 

Teraz koszty eksploatacji samochodu. Co 10 tysięcy trzeba wymienić olej (100-200 zł) oraz filtry (około 50 zł). Kosztów baterii podobno nie da się dziś wyliczyć - gdzieś wyczytałem że to około 750 dolarów za kilowatogodzinę. Koszt wymiany to kilkanaście tysięcy dolarów co ile tam ładowań dana technologia wytrzymuje. Ogniwa też tanie nie są. Praktycznie wychodzi jak z atramentem do drukarek - bardziej opłaci się kupić nowy model, co pewnie bardzo raduje branżę motoryzacyjną.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Wydaje mi sie ze 80% kosztów baterii i ich wymiany to "marża", jeśli weszły by do powszechnego użytku i pojawiło by się kilku producentów szybko by potaniały.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Egzotyczne związki to jest problem ale technologie już mniejszy. Bo to tylko kwestia skopiowania jej i dopracowania. Era samochodów i nie tylko napędzanych z alternatywnych źródeł energii i tak nadejdzie, a trzymanie się na siłę silnika spalinowego jest nieuzasadnione. Jedynym problemem nowych rozwiązań, jest polityka blokowania patentów.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Moim zdaniem większy problem to wyprodukowanie setek tysięcy ton nanorurek (do nowych typów baterii) na potrzeby przemysłu motoryzacyjnego. Albo podobnych ilości fikuśnych akumulatorów (np. w litowo jonowych masz lit, kobalt, do tego elektrolit - ale nie tak prosty jak kwas siarkowy, elektronikę chroniąca przed uszkodzeniem, trzeba będzie też coś wymyśleć, żeby nie wybuchało podczas kolizji drogowych). No i popatrz jak szybko zdychają baterie do iPhone'ów (tam są niby najnowocześniejsze rodzaje ogniw), choć marketerzy obiecywali coś zupełnie innego.

Share this post


Link to post
Share on other sites

@lucky: błędnie zakładasz, że rozpowszechnienie się tego typu technologii oznacza koniec koncernów naftowych. Wręcz przeciwnie - zainwestują w to i będą zarabiali jak na ropie. Mają duże zapasy gotówki, mają odpowiednie zaplecze reklamowe i marketingowe, mają sieci handlowe (stacje benzynowe)... Nadal będą istniały na tym rynku i produkowały oraz sprzedawały paliwo. Tylko, że będzie to paliwo wodorowe.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Fakt, może tak być jak mówisz..

 

Ale ja zakładałem, że koncerny naftowe chciałyby zarabiać na ropie dopóki by się ona nie wyczerpała, i dopiero wprowadzić nowe technologie - jednym słowem, blokować postęp dla własnego zysku.. Jeśli w takiej sytuacji znalazłby się ktoś, kto zacząłby rozwijać sprzedaż wodorowych źródeł zasilania, to byłby konkurencją, która mogłaby zacząć z czasem odbierać klientów koncernom..

 

Niemniej rzeczywiście, ująłem tylko jeden z możliwych scenariuszy.

Share this post


Link to post
Share on other sites

A nie sądzisz, że mogłoby być jeszcze inaczej?

 

Pewne stosunkowo drobne rezerwy ropy pozostalyby pod kontrolą tych samych firm i zaczęłyby służyć głównie jako surowiec chemiczny. W tym samym czasie firmy postawiłyby na rozwój technologii (w końcu opatentowanie jakiegoś rozwiązania wymaga pierwszeństwa odkrycia!). W ten sposób złapałyby dwie sroki za ogon - pogłębiłyby własny monopol i rozciągnęły go w czasie, a do tego mogłyby przed ludźmi odgrywać piękną rolę szlachetnych firm, którym zależy na rozwoju i czystości planety.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Owszem, o takim scenariuszu też myślałem :D

 

Tylko uznałem, że korporacje będą zbyt leniwe żeby to robić. W myśl zasady "skoro mamy zysk, to po co inwestować(czyli w krótkowzrocznym spojrzeniu marnować) pieniądze?".

 

Ale jak najbardziej, jest to możliwe.

 

Może opisana przeze mnie wyżej przypadłość dotyczy tylko polskich przedsiębiorców-wyzyskiwaczy, i po prostu takie myślenie o korporacjach jest dla mnie przez to odruchowe..

Share this post


Link to post
Share on other sites

Gdyby korporacjom nie zależało na innwoacjach, nie byłoby Dreamlinera (mocno opóźnionego, ale jednak fenomenalnego!), a na swoim biurku miałbyś dalej kompa klasy 386 :D

 

Poza tym nie jestem w stanie wskazać w Polsce ani jednej korporacji z prawdziwego zdarzenia. Mamy co najwyżej trochę molochów i trochę dużych firm, a to nie to samo.

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
      Międzynarodowy zespół naukowców odkrył, że atomy wodoru w wodorkach metalu są dużo gęściej upakowane niż uważano do tej pory. Właściwość ta może prowadzić do pojawienia się nadprzewodnictwa w temperaturach i ciśnieniach zbliżonych do panujących w warunkach pokojowych. Tego rodzaju materiał nadprzewodzący, służący do przesyłania energii elektrycznej bez strat wywołanych rezystancją, mógłby zrewolucjonizować efektywność energetyczną w szerokim zakresie zastosowań.
      W należącym do Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych Narodowym Laboratorium Oak Ridge (ORNL) naukowcy przeprowadzili eksperymenty rozpraszania neutronów na wodorku cyrkonowo-wanadowym pod ciśnieniem atmosferycznym w zakresie temperatur sięgających od –268 stopni Celsjusza (5 K) do –23 stopni Celsjusza (250 K) – czyli znacznie powyżej temperatury, w której spodziewane jest wystąpienie nadprzewodnictwa przy takim ciśnieniu. Wyniki pomiarów w żaden sposób nie zgadzały się z istniejącymi modelami. Prof. Zbigniew Łodziana z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie, jeden z członków międzynarodowego zespołu badaczy, zaproponował nowy model tego wodorku. Model ten, poddany obliczeniom na jednym z najpotężniejszych superkomputerów na świecie, pozwolił w prosty sposób wyjaśnić obserwacje eksperymentalne. Okazało się, że odległości pomiędzy atomami wodoru w badanym materiale wynoszą 1,6 angstrema, podczas gdy dotychczas ugruntowane przewidywania dla tych związków wyznaczały tę odległość na poziomie co najmniej 2,1 angstrema.
      Odkrycia międzynarodowego zespołu badaczy ze szwajcarskiego Laboratorium Badania Materiałów i Technologii EMPA, Uniwersytetu w Zurychu, Uniwersytetu Illinois w Chicago ORNL oraz Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie opublikowane zostały w prestiżowym czasopiśmie Proceedings of National Academy of Sciences.
      Uzyskana struktura atomowa posiada niezwykle obiecujące właściwości, ponieważ wodór znajdujący się w metalach wpływa na ich właściwości elektronowe. Inne materiały o podobnym upakowaniu atomów wodoru przechodzą w stan nadprzewodnictwa, ale tylko przy bardzo wysokich ciśnieniach.
      Na przykład niedawno odkryty dekawodorek lantanu osiąga stan nadprzewodnictwa w temperaturze około –13 stopni Celsjusza, tyle że pod ciśnieniem 150 tysięcy MPa, czyli prawie półtora miliona razy wyższym niż ciśnienie atmosferyczne! Tak wysokie ciśnienie potrzebne jest, by zbliżyć do siebie atomy wodoru na odległość mniejszą niż 2 angstremy. Nam udało się pokazać, że wodór można upakować w taki sposób również pod ciśnieniem atmosferycznym. Co ciekawe – od ponad 40 lat panowało przekonanie, iż nie jest to możliwe, stąd badano materiały pod wysokimi ciśnieniami. Znalezienie substancji, która jest nadprzewodnikiem w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym, najprawdopodobniej pozwoli inżynierom wykorzystać go do projektowania powszechnie stosowanych systemów i urządzeń elektrycznych, jak na przykład tomografów rezonansu magnetycznego. Mamy nadzieję, że tani i stabilny stop w rodzaju wodorku cyrkonowo-wanadowego można będzie łatwo zmodyfikować w taki sposób, aby uzyskać nadprzewodzący materiał – wyjaśnia prof. Zbigniew Łodziana z IFJ PAN.
      Badacze przeanalizowali oddziaływania atomów wodoru w dobrze poznanym wodorku metalu za pomocą wysokiej rozdzielczości wibracyjnej spektroskopii nieelastycznego rozpraszania neutronów wiązki VISION, pochodzącej ze spalacyjnego źródła neutronów laboratorium Oak Ridge w Stanach Zjednoczonych. Uzyskany sygnał widmowy, w tym znaczący wzrost intensywności przy energii około 50 milielektronowoltów, nie zgadzał się z przewidywaniami poczynionymi w ramach istniejących modeli teoretycznych.
      Przełom w zrozumieniu obserwacji nastąpił po wykonaniu obliczeń w Oak Ridge. Zaproponowany przez prof. Łodzianę model posłużył opracowaniu strategii analizy danych. Obliczenia wykonano na superkomputerze Titan, jednym z najszybszych tego typu urządzeń na świecie. Komputer ten zbudowany jest w oparciu o platformę Cray XK7 i działa z prędkością dochodzącą do 27 petaflopów (czyli 27 biliardów operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę). Wykonanie takich obliczeń na komputerze domowym trwałoby około dwudziestu lat, a na najszybszym polskim superkomputerze Prometheus w ACK Cyfronet jakieś 3–5 miesięcy. Na maszynie Titan wyniki obliczeń otrzymaliśmy w niespełna tydzień – mówi prof. Łodziana.
      Przeprowadzone symulacje komputerowe, wraz z dodatkowymi eksperymentami wykluczającymi alternatywne wyjaśnienia, wykazały jednoznacznie, że nieoczekiwana sygnatura widmowa występuje tylko wtedy, gdy odległości między atomami wodoru są mniejsze niż 2 angstremy. Takiego zjawiska nigdy wcześniej nie zaobserwowano w wodorkach metalu dla ciśnień i temperatur charakterystycznych dla warunków pokojowych. Odkrycia zespołu stanowią więc pierwszy znany wyjątek od kryterium Switendicka w stopie bimetalicznym – czyli zasady obowiązującej dla stabilnych wodorków w warunkach standardowych, która mówi o tym, że odstęp między atomami wodoru nie może być mniejszy niż 2,1 angstrema.
      W kolejnych doświadczeniach naukowcy planują wzbogacić wodorek cyrkonowo-wanadowy większą ilością wodoru pod różnymi ciśnieniami, aby ocenić potencjalne nadprzewodnictwo badanego materiału.
      Czy zatem znajdujemy się u progu technologicznej rewolucji polegającej na znalezieniu materiału wykazującego właściwości nadprzewodzące w temperaturze pokojowej? Tego nie wiem, ale z pewnością udało nam się poczynić istotny krok w tym kierunku – przekonuje prof. Łodziana.

      « 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
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...