Ученый Хайнц Фрей провел десятилетия, работая в направлении создания искусственных версия одного из самых элегантных и эффективных машин: листья.
Фрай, и многие другие исследователи всего мира, стремятся использовать фотосинтез солнечный свет-управляемая химическая реакция, что зеленые растения и водоросли используют для преобразования двуокиси углерода (CO2) в клеточном топлива — для создания видов топлива, которая может питать наши дома и транспортные средства. Если необходимые технологии могут быть уточнены последние теоретических моделях и лабораторных прототипов, эта авантюра идея, известная как искусственный фотосинтез, имеет потенциал, чтобы генерировать большие источники полностью возобновляемых источников энергии, используя избыток CO2 в нашей атмосфере.
С их последней заранее, Фрей и его команда по национальной лабораторией Министерства энергетики имени Лоуренса в Беркли (Лаборатория Беркли) сейчас близок к этой цели. Ученые создали систему искусственного фотосинтеза, изготовленные из наноразмерных трубок, что, кажется, способен выполнять все основные шаги топливно-генерирующих реакций.
Их последний документ, опубликованный в современных функциональных материалов, показывает, что их конструкция позволяет на быстрый поток протонов из внутреннего пространства трубы, где они создаются из расщепления молекул воды, наружу, где они соединяются с СО2 и электронов в виде топлива. В настоящее время, что топлива является окись углерода, но команда работает над воплощением метанола. Быстрый поток протонов, который имеет важное значение для эффективного использования солнечной энергии в виде топлива, был шипом в стороне последние искусственных систем фотосинтеза.
Теперь, что команда продемонстрировала, как пробки может выполнить все фотосинтезирующие задачи в отдельности, они готовы начать тестирование всей системы. Отдельные модульные системы, будет небольшой площади «солнечного топлива черепицы» (несколько сантиметров на сторону), содержащие миллиарды наноразмерные трубки зажаты между полом и потолком тонкий, довольно гибкий, силикатный, с пробки отверстия пирсинг через эти крышки. Фрай надеется, что плитка его группа могла бы стать первым для решения серьезных проблем по-прежнему сталкивается этот тип технологии.
«Есть две проблемы, которые еще не были выполнены», — сказал Фрей, старший ученый в области биологических наук лаборатории Беркли. «Одним из них является масштабируемость. Если мы хотим сохранить ископаемое топливо в земле, мы должны уметь принимать энергии в тераватт-огромное количество топлива. И, нужно сделать жидкого углеводородного топлива, так что мы можем использовать его с триллионы долларов из существующей инфраструктуры и технологий».
Он отметил, что после того, как модель будет удовлетворять этим требованиям, производится, строительство фермы солнечных топлива из многих отдельных плиток могут быстро приступить. «Мы, как ученые, должны доставить плитку, которая работает, со всеми вопросами о его исполнении решен. И инженеры в промышленности знают, как соединить эти плитки. Когда мы разобрались квадратных дюймов, они смогут сделать квадратных миль».
Как это работает
Каждый крошечный (шириной около 0.5 мкм), полые трубки внутри плитка состоит из трех слоев: внутренний слой из окиси кобальта, средний слой из диоксида кремния и наружного слоя из диоксида титана. Во внутреннем слое трубки, использовать энергию солнечного света доставляются до оксида кобальта разделяет воды (в виде влажного воздуха, который проходит через внутри каждой трубки), производя свободные протоны и кислород.
«Эти протоны легко перетекать в наружный слой, где они соединяются с углекислым газом с образованием углерода и метанола на будущем этапе в процесс включается катализатора, нанесенного на диоксид титана слой», — сказал Вон июня Джо, научный сотрудник и первый автор бумаги. «Топливо собирается в пространстве между трубами, и можно легко слить для коллекции».
Главное, средний слой стенки трубы сохраняет кислород получают из воды окисления внутри труб, и блокирует углекислого газа и развивается топлива молекулы снаружи от проникать внутрь, тем самым отделив две совершенно несовместимые химические реакции зон.
Эта конструкция имитирует настоящие живые фотосинтезирующие клетки, которые отделяют окисления и реакции восстановления органических мембранных компартментов внутри хлоропласта. Аналогичным образом в соответствии с оригинальной концепцией природы, оболочки пробок команды позволяют реакции фотосинтеза происходят на очень короткое расстояние, сводя к минимуму потери энергии, которая возникает как Ионов и предотвращение нежелательных химических реакций, что также приведет к снижению эффективности системы.
«Эта работа является частью работы лаборатории Беркли внести свой вклад в решение актуальных проблем энергетики, связанных с изменением климата», — сказал Фрей. «Междисциплинарный характер задач требует профессиональной компетенцией и крупных объектов, уникальных для лаборатории Беркли. В частности, наноматериалов и возможности визуализации молекулярных отливок имеют важное значение для синтеза и характеризующий ультратонких слоев и увеличения площади-дюймовый размер массива полых нанотрубок.»
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!