اكتشاف مهم لباحثين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يمكن أن يحدث ثورة في مجال الطاقة الشمسية * حاول الباحثون تقليد عملية التمثيل الضوئي في النباتات
في قفزة ثورية يمكن أن تقدم الطاقة الشمسية من بديل هامشي لمصدر الطاقة الرئيسي، تغلب باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على عائق رئيسي أمام الطاقة الشمسية على نطاق واسع: تخزين الطاقة القابلة للاستخدام عندما لا تكون الشمس مشرقة.
حتى الآن، كانت الطاقة الشمسية مصدرًا للطاقة خلال النهار فقط، لأن تخزين الطاقة المتبقية لاستخدامها لاحقًا كان مكلفًا للغاية وغير فعال. اكتشف باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طريقة بسيطة وغير مكلفة وفعالة للغاية لتخزين الطاقة الشمسية.
وباستخدام مواد طبيعية شائعة وغير سامة فقط، يمكن لهذا الاكتشاف أن يفتح آفاقا جديدة للاستفادة من أقوى مصدر للطاقة غير الكربونية - الشمس. يقول أستاذ الطاقة دانييل نوسيرا من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومؤلف المقال الذي يصف البحث في مجلة ساينس: "هذا هو الهدف الذي كنا نبحث عنه لسنوات عديدة". "لطالما كانت الطاقة الشمسية محدودة وحل بعيد المنال. والآن، يمكننا أن نفكر جديًا في هذا النوع من الطاقة باعتباره غير محدود وقريبًا."
أثناء استلهامهم عملية التمثيل الضوئي التي تحدث في الطبيعة في النباتات الخضراء، طور الباحثون عملية غير مسبوقة ستجعل من الممكن استخدام طاقة الشمس لتقسيم الماء إلى مكوناته الأساسية - الهيدروجين الغازي والأكسجين. وفي الخطوة التالية، يمكن لهذه الغازات أن تتفاعل معًا في خلية وقود لتوليد الكهرباء، التي لا تعتمد على المواد الكربونية، والتي ستوفر الطاقة للمنزل أو السيارة الكهربائية، ليلًا ونهارًا.
العنصر الرئيسي في هذه العملية الجديدة هو المحفز المبتكر الذي ينتج الأكسجين الغازي من الماء؛ محفز آخر ينتج غاز الهيدروجين. يتكون المحفز الجديد من معدن الكوبالت ومجموعة الفوسفات والقطب الكهربائي، والتي يتم وضعها في الماء. عندما تمر الكهرباء - من خلية شمسية أو توربينة الرياح أو أي مصدر آخر - عبر القطب، ينتج المحفز طبقة رقيقة على القطب ويتم إنتاج الأكسجين الغازي نتيجة لذلك. وبدمجه مع محفز آخر، مثل البلاتين، القادر على إنتاج الهيدروجين من الماء، يكون النظام قادرًا على محاكاة تفاعل تحلل الماء الذي يحدث أثناء عملية التمثيل الضوئي.
يعمل المحفز الجديد في درجة حرارة الغرفة، تحت ظروف الرقم الهيدروجيني المحايد للمياه، وهو سهل الاستخدام، كما يقول الباحث الرئيسي. ويقول: "لهذا السبب أعلم أن النظام سيكون ناجحًا، فهو سهل التنفيذ".
ويقول الباحث إن أشعة الشمس لديها أعلى قدرة على أن تكون مصدرا للطاقة لحل مشاكل الطاقة في العالم. في ساعة واحدة فقط تصل كمية من ضوء الشمس إلى الأرض تكفي لتوفير كل الطاقة التي تحتاجها جميع المصانع في العالم لمدة عام كامل.
وذكر الباحثون في المجال أن الطريقة الجديدة تمثل قفزة هائلة نحو إنتاج طاقة نظيفة بكميات كبيرة لا تعتمد على الوقود الكربوني. يقول أحد الباحثين في هذا المجال: "هذا اكتشاف مهم للغاية وله آثار هائلة على التطور المستقبلي للبشرية". "لا يمكن المبالغة في أهمية اكتشافها لأنه يفتح نافذة لتطوير تقنيات جديدة لإنتاج الطاقة ويقلل من اعتمادنا على الوقود الأحفوري (النفط والغاز الطبيعي) كما يساعد في حل مشكلة الاحتباس الحراري في الوقت الحاضر." إن أجهزة نزح المياه الكهربائية الحالية، والتي تقسم الماء باستخدام الكهرباء إلى هيدروجين وأكسجين، تُستخدم بالفعل في الصناعة اليوم، ولكنها غير مناسبة لأنظمة التمثيل الضوئي الاصطناعي بسبب سعرها المرتفع واحتياجاتها لبيئة أساسية للغاية لا تقترب من البيئة الطبيعية. البيئة الحقيقية التي تتم فيها عملية التمثيل الضوئي.
وعلى الرغم من أن هناك حاجة إلى عمل هندسي إضافي لدمج الاكتشاف العلمي في الأنظمة الكهروضوئية الحالية، إلا أن كبير الباحثين واثق من أن هذه الأنظمة ستصبح بالفعل حقيقة قريبة. ويقول: "هذه مجرد البداية، وسيتحول المجتمع العلمي بالفعل إلى استخدام هذا الاكتشاف".
ويأمل الباحث أن يتمكن الأفراد خلال عقد من الزمن من توفير الطاقة لمنازلهم من خلال ضوء الشمس خلال النهار بواسطة الخلايا الكهروضوئية، في حين سيتم توجيه بقية الطاقة الشمسية لإنتاج الهيدروجين والأكسجين واستخدامهما في خلية الوقود لتوليد الطاقة ليلا. ومن الممكن أن تصبح الكهرباء، التي يتم نقلها إلى المستهلكين عن طريق الكابلات، شيئاً من الماضي.
تعليقات 23
أنصح الجميع بقراءة هذا المقال الذي يشير إلى نفس المقال:
http://www.theoildrum.com/node/4378
وأي شخص يستغرق بضع دقائق لقراءة المقال بأكمله سيجد أنها دراسة مثيرة للاهتمام بالفعل، ولكنها ليست الاكتشاف الثوري الذي تحاول وسائل الإعلام وهيئة العلاقات العامة في الجامعة ترويجه لنا.
سمعت الباحث في توبيخه بخصوص بحثه وقدم بيانات غير ذات صلة بما يحدث في الصناعة. على سبيل المثال، ادعى أن نظامه لديه ميزة لأنه من الممكن العمل في خلية مفتوحة. ولكن بعد ذلك لا يمكن جمع المنتجات التي هي غازات. على سبيل المثال، يقارن السعر بالبلاتين، ولكن في الصناعة يعملون بالنيكل. المزيد والمزيد من الأمثلة الناجحة مفصلة في الرابط
الخلايا الشمسية ليست شائعة بسبب وجود مشاكل في الإنتاج العالمي.
وهي لا تلبي الطلب العالمي، خاصة في الآونة الأخيرة مع ارتفاع أسعار النفط، وارتفعت معه الجدوى الاقتصادية للخلايا الشمسية.
هذه المتعة. يضيف الدكتور نحماني ويجلب لنا مقالات ممتازة وأنا أستمتع بتصفح الموقع وقراءة المقالات الممتازة وكذلك التعليقات الرائعة.
كل الاحترام
أورين أرياف
أعتقد أن الارتباط بعملية التمثيل الضوئي، وحقيقة أن هذه العملية تصدرت عناوين الأخبار، هو أن العملية تأتي لتقليد عملية التمثيل الضوئي التي تقوم بها الأشجار.
يعد تحلل الماء إلى أكسجين وهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي عملية معروفة ومكلفة وغير فعالة (50-80٪).
ربما تكون هذه العملية الجديدة أكثر فعالية من التحليل الكهربائي لأنها تحاكي عملية التمثيل الضوئي. حتى على موقع معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، لم يتم توضيح السبب والكيفية.
على أية حال، فإن العملية العكسية ستظل تتم بواسطة خلايا الوقود، التي لديها أيضًا الكثير من العمل للقيام به فيما يتعلق بكفاءتها، لكن الإنتاج الرخيص للهيدروجين لا يمكن أن يكون خبرًا سيئًا.
إلى شعبي: "للتوجيه" وليس "للتوجيه".
وللجميع: لا أفهم ما هي المشكلة في تخزين الكهرباء التي تولدها مجمعات الطاقة الشمسية في البطاريات كما يحدث اليوم؟
يمكن للشخص أن يفسر؟
أو ربما النية هي تخزين الطاقة على نطاق تجاري؟
ولم أفهم ما علاقة ذلك بعملية البناء الضوئي..
عامي بشار
يعد توليد الكهرباء باستخدام البطاريات التي تعمل بالأكسجين والهيدروجين من أكثر مصادر الطاقة كفاءة.
وستعمل السيارات الكهربائية باستخدام هذه الطريقة. يتم تشغيل أحدث الغواصات بهذه الطريقة.
ولا تزال المشكلة تكمن في تخزين الهيدروجين ويتم حلها بوسائل كيميائية مختلفة وغيرها.
وعندما يتم حل هذه المشكلة، فإن الطريقة المذكورة تتفوق بكثير على جميع الطرق الأخرى لتخزين الكهرباء من الشمس.
أعتقد أن المكان الذي يجب استهدافه هو مكان اقتران الحرارة. يتم توليد الحرارة دائمًا، وفي الوقت الحاضر لا نستخدمها كثيرًا. في كثير من الحالات تكون الحرارة المتولدة مصدر إزعاج ويتم استخدام الكثير من المياه للتخلص منها (التلوث الحراري، عادة في البحر). تقنية الاقتران الحراري ليست جيدة، وبالتالي فإن الكفاءة العامة للتفاعلات الشمسية ترجع إلى كفاءة تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية. وسوف تأخذ الحسابات منحىً كبيراً للغاية إذا نجحوا في تحويل الحرارة المولدة (وهي بالطبع كل الطاقة الأخرى التي لا يمكن حصادها مباشرة إلى كهرباء) لصالح الموارد التي تستهلك الكهرباء أو يمكنها توليد الكهرباء. أحد الأمثلة البسيطة (وربما يكون بسيطًا للغاية) هو توليد البخار الذي، كما نعلم جميعًا، كانت تحرك القطارات الثقيلة في الماضي. عندما نعرف كيفية توجيه الضوء للاستخدام الشخصي (على سبيل المثال عن طريق الألياف الضوئية المتصلة بسقفنا وتلتقط الضوء وتنقله إلى مصباح في المنزل)، للاستخدام الكهربائي (الاستفادة من الطاقة الشمسية وتحويلها إلى طاقة كهربائية) ) وأخيرًا الاقتران بمصادر الحرارة (تسخين المياه، تسخين مفاعلات تنقية المياه، وما إلى ذلك) أو لذا فإن الحساب العام لاستخدام الكم سيكون مرتفعًا وسيتجاوز بكثير النظام الحركي الضوئي في العالم الحي. في هذا النظام (الأخير)، تكون أداة التوصيل كهربائية فقط ويتم فقدان معظم الطاقة للحرارة وتمنع ارتفاع درجة الحرارة أو تكوينات الأكسدة القوية جدًا التي تتفاعل مع النظام وتضعف كفاءته.
تحيات أصدقاء،
عامي بشار
إلى 12 هناك بعض الطرق التجريبية لتخزين الطاقة، وهي طريقة أخرى لتلك التي ذكرتها
إنها حمامات شمسية تمنع التبخر وما إلى ذلك من خلال تركيبة معينة من الأملاح
يخزن الحرارة (التي يمكن تحويلها إلى كهرباء بالطرق التقليدية) بطريقة أخرى
قامت بفصل الأملاح عن الماء عن طريق التناضح العكسي ودمج الماء مع الملح
مرة أخرى لإنتاج الكهرباء.
والواقع أن المشكلة تكمن في الحجم الكبير للهيدروجين وميله إلى الانفجار؛ ممكن في الأساس
قم بتطبيق الطريقة الجديدة من خلال تجميع الهيدروجين (باستخدام هذه العملية) في المناطق
مفتوحة في أفريقيا، وتحويلها إلى بعض المواد الخام السائلة (البروبان، على سبيل المثال)
في مصنع كيميائي والتجارة فيه - ولكنها ستكون عملية مسرفة تمامًا - أيضًا
وبالتالي فإن الخلايا الشمسية ليست فعالة.
ران ليفي:
الفكرة التي تتحدث عنها تم تنفيذها منذ سنوات طويلة من قبل شركة ميكوروت.
يستخدمون الكهرباء الرخيصة (في الأوقات التي يكون فيها الطلب على الكهرباء منخفضًا) لرفع المياه إلى الأماكن المرتفعة وتوفير الضغط في الأماكن المنخفضة عندما تكون الكهرباء باهظة الثمن.
هوجين:
لم يعتقد دورون أنها كانت جيدة جدًا.
أفترض أنك تدرك أن هذا التعبير يستخدم بشكل أساسي للتعبير عن عدم الثقة.
ورغم أن النحو يقول خلاف ذلك، فإن عبارة "كثيرا" تشير إلى كلمة "صوت" أكثر مما تشير إلى كلمة "جيد".
لا أفهم مفهوم "الإكثار من الشيء الجيد".. حسنًا، إنه دائمًا للأفضل، وإذا كان هناك مثل هذا الاتجاه
عليك أن تبارك كل شيء، بالنسبة لأولئك الذين "يشعرون بالقلق"، لا سمح الله، لن يكون هناك شيء فجأة لنتعلمه، أوه واو... هذا
البداية فقط ولصالح الجميع.
أحسنت، لمقالات اليوم.
أنا أيضًا متشكك قليلاً بشأن هذا الاكتشاف. لنفترض أن فصل الماء إلى هيدروجين وأكسجين أمر ممكن: المشكلة الكبيرة هي في الواقع تخزين الهيدروجين، في رأيي. إنها مادة شديدة الانفجار، وعلى عكس النفط، من الصعب جدًا الحفاظ عليها آمنة (شرارة واحدة و...ستفهم النقطة).
لقد سمعت بالفعل فكرة أثارت اهتمامي كثيرًا حول تخزين الطاقة الشمسية. يتم استخدام الطاقة الشمسية خلال النهار لضخ المياه إلى أعلى برج مياه طويل. وفي الليل، تتساقط المياه مرة أخرى إلى البحر وتدير التوربينات. في الواقع، يتم تخزين الطاقة كطاقة وضع الجاذبية... أعتقد أنها فكرة ذكية. ماذا تعتقد؟
ران ليفي
ليست مثل هذه "الصفقة" الكبيرة.
المشكلة تكمن في قلة استخدام الخلايا الشمسية، وقد يحلها النظام
مشكلة الأماكن الصغيرة والنائية (وربما أيضًا لأنواع معينة من الأدوات
مركبة) والتي ستكون الآن قادرة على تخزين الكهرباء، ولكن إذا كان الأمر يتعلق بالأنظمة فهذا على أي حال
متصلة بالبنية التحتية لشركة الكهرباء، ويكون الاستهلاك الرئيسي في الأماكن المشمسة
إنه خلال النهار (مكيفات الهواء والمصانع وأماكن العمل الأخرى)، بعد كل شيء، الأنظمة
هذه لا تحتاج إلى نظام تخزين لأن معظم منتجاتها سيتم استخدامها على الفور -
ونظام التخزين (إذا كان سيتم استخدامه على الإطلاق) لن يؤدي إلا إلى زيادة سعر النظام
الاخير
إلى روي وعامي بشار وآخرين
لقد كانوا يقصدون طريقة التخزين لأن هذه هي الطريقة الوحيدة التي يمكنهم من خلالها استخدام الطاقة الزائدة في الليل. ما فهمته هو أنهم يستخدمون محفزًا لتحسين تحلل جزيء الماء إلى هيدروجين وأكسجين.
أبعد من ذلك، التفسير مفقود وغير مفهوم.
إلى الراعي
الهيدروجين الذي يخرج على شكل بروتونين هو هيدروجين، وليس أي شيء آخر.
الى عامي بشار
أعتقد أن الانشغال الحالي المتزايد بالطاقة الشمسية سيؤدي إلى نوع من "الاندفاع" في الترويج لهذه القضية.
يوم جيد
سابدارمش يهودا
يوغيف،
لست متأكدًا من أن الطاقة الشمسية ستنطلق حقًا.
والأمر المؤكد هو أن الكتابة عنه تكتسب زخما.
الجميع يريد أن يقرأ عنها.
إلى أي مدى يأتي حقا في حياتنا؟
بالنسبة لي على الأقل لم يتغير شيء.
مازلت متصلاً بنفس الأجهزة التي كنت متصلاً بها منذ 20 عامًا
إلى نفس شبكة الكهرباء.
تحيات أصدقاء،
عامي بشار
أيها الأصدقاء، لاحظوا كيف أن الطاقة الشمسية تتسارع في الآونة الأخيرة وتصبح أكثر وأكثر إمكانية للتنفيذ على نطاق واسع.
أتمنى أن أكون جزءًا منه.
الى عامي بشار
ويبدو أن هذا ما قصدوه. اليوم، ما يتم إنتاجه بالعملية الكهروضوئية، على سبيل المثال، إذا لم يتم استخدامه على الفور (إما على الفور أو عن طريق التغذية في شبكة الكهرباء)، يصبح تخزينه صعبًا للغاية وغير اقتصادي. وهي توفر هنا طريقة لتخزين الفائض بسهولة، ثم تحويل الطاقة المخزنة كيميائيًا - لاستخدامات مختلفة باستخدام خلايا الوقود.
أتمنى أن أكون مخطئا، ولكن يبدو جيدا جدا ...
فكرة أخرى - ابتكاره يتعلق بتخزين الطاقة، وليس بإنتاج الطاقة من الشمس بشكل أكثر كفاءة. لا يزال هناك قيود على الاستخدام المنخفض للخلايا الفولتية. يبدو لي أن ما فعله وكيف قدمه غير واضح بعض الشيء، لكن قد أكون مخطئًا....
إلى يهوذا،
لست متأكدًا من الإجابة، لكنك تريد فصل الأكسجين والهيدروجين - وليس جعلهما يخرجان معًا. ولهذا السبب تترك الأكسجين يخرج كغاز من قطب كهربائي واحد ويتحول الهيدروجين الموجود في هذا القطب إلى بروتونين (وليس إلى غاز هيدروجين). عند القطب الثاني تحصل على الهيدروجين، بينما يتحول الأكسجين إلى O-2.
وبهذه الطريقة يمكنك جمع الأكسجين من قطب كهربائي واحد والهيدروجين من قطب كهربائي آخر وعدم الحصول على خليط من الغازات. وإلا فأنا لا أفهم حقًا ما الجديد هنا أيضًا.
إذا كان من الممكن إضافة رابط بعد كل 3 خانات - "لقراءة بقية المقالات" وما شابه ذلك، وهو غير موجود حاليا. في الوقت الحالي، يمنع القارئ من البقاء لفترة أطول على الموقع وتوسيع معرفته ومن القيام ببعض الوظائف الإضافية.
يوم جيد.
لم أفهم الابتكار والعظمة. أنا متأكد من وجود واحد هنا، بعد كل ما تم نشره في مجلة Science، لكن لا يمكنني الحصول عليه.
تحويل الضوء إلى كهرباء – معروف ومعروف. لم يفعلوا شيئًا هنا ومن المقالات المنشورة في مجلة العلوم علمت أن الناجي يخدش الـ 5%.
أفهم من هذا المقال أن الكمية المتكونة خلال النهار أكبر مما يمكن استخدامه (؟؟) وهناك فائض يمكن تركه لفترة الظلام. كيف تقوم بذلك؟ محاولة الحفاظ على الطاقة. إذا فهمت بشكل صحيح، يقترح هؤلاء الباحثون أن الحفظ سيتم في فصل الهيدروجين والأكسجين خلال ساعات النهار في نفس وقت حصاد الطاقة وأثناء الليل ليتفاعل الهيدروجين والأكسجين ويحصد الطاقة من هذه العملية؟ لم يتم كتابتها بشكل صريح لذلك لم أفهم المعنى.
وسأكون ممتنا للتوضيح،
عامي بشار
هناك شيء غير واضح بالنسبة لي.
هل هناك خطأ في جملة "العنصر الأساسي في هذه العملية الجديدة هو محفز مبتكر (محفز) ينتج الأكسجين الغازي من الماء، ومحفز آخر ينتج غاز الهيدروجين." نهاية الاقتباس.
لماذا هناك حاجة إلى محفز إضافي؟ فهل عامل محفز واحد لا يكفي، ففي نهاية المطاف، إذا كان يخلق الأكسجين، فإنه حتما سيخلق الهيدروجين أيضا؟
أما في بقية المقال فهو يدور حول محفز واحد فقط.
وبالمناسبة، فإن الترجمة المقدمة من الأصل دقيقة.
مساء الخير
سابدارمش يهودا
يبدو جيدا جدا.
الأوكسجين والهيدروجين بوفرة من الطبيعة
عملية باردة حقا.
دورون