Технологии 21 века, прорыв в производстве возобновляемого топлива Bionic Leaf , новости из Гарварда
Новая система искусственного фотосинтеза может использовать отработанную или загрязненную воду, что существенно расширит возможности для ее использования. Несколько лет назад химик из Гарварда Дэниел Носера вместе с сотрудниками из Гарвардской медицинской школы создали систему, использующую энергию солнечного света для расщепления молекул воды и объединения их с углекислым газом из воздуха для производства возобновляемого топлива. Система, ранее известная как бионический лист, превзошла по своей эффективности фотосинтез - систему, с помощью которой растения и некоторые другие организмы преобразуют энергию солнечного света в химическую энергию. В новой статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи раскрывают способы использования морской воды в качестве топлива Bionic Leaf. Профессор энергетики Паттерсона Роквуда, дал интервью Gazette, и ответил на ряд вопросов о своих исследованиях и последних достижениях проекта Bionic Leaf.
Масштабируемое хранилище энергии — это хранилище энергии, которое может использовать каждый. Эта технология должна проникнуть в общество и вытеснить существующую энергетическую инфраструктуру, основанную на углероде. Практически вся используемая нами энергия - это запасенная энергия. Например, когда у нас горит свет, это все исходит от электростанции, которая использует источник углерода для производства электроэнергии. Два самых популярных способа хранения энергии - это батареи и топливо. Люди не понимают, что аккумуляторные батареи имеют ограниченную емкость. Лучшие аккумуляторы хранят в 50-100 раз меньше энергии, чем топливо. К примеру автомобиль Tesla. Вы находитесь в огромной батарее. То, в чем вы сидите это массивная батарея, которая заменяет маленький бензобак в задней части вашего автомобиля. Несмотря ни на что, батареи разряжаются до предела и должны заряжаться, как и ваш телефон. Топливо обладает гораздо большей способностью накапливать энергию, когда вы переходите к масштабируемой части. Количество энергии, которое нам понадобится в будущем для резкого сокращения выбросов парниковых газов, будет связано с топливом, и оно не может быть основано на углероде, потому что оно будет продолжать способствовать потеплению климата.
ГАЗЕТА:В 2016 году ваша лаборатория стала соавтором системы искусственного фотосинтеза. Не могли бы вы описать, как это работает, и описать следующий шаг в системе, представленной в этом новом документе?
Дэниел Носера: Вода H2O состоит из – двух атомов водорода и одного кислорода. Вы используете солнечный свет, чтобы перестроить связи воды и произвести водород и кислород. Вы можете использовать водород в качестве топлива через топливные элементы. Он берет водород и кислород из воздуха, а затем генерирует электричество. Мы сделали это много лет назад с разработанной нами системой «Искусственный лист». Он полностью возобновляемый, потому что, когда вы берете водород, который он производит, и рекомбинируете его с кислородом, вы получаете воду, или если у вас есть водород непосредственно в качестве топлива, или в сочетании с диоксидом углерода для получения жидкого топлива, а затем вы сжигаете его. топливо, вы получите воду обратно. Вы не расходуете воду, вы многократно ее используете. В большинстве других катализаторов, которые расщепляют воду, вода должна поступать из нетронутой окружающей среды, иначе они подвергаются коррозии. Моя группа создала так называемые катализаторы самовосстановления, и они исправляются в реальном времени. Поскольку они самоизлечиваются, вам не нужно использовать чистые источники воды. В конце концов, почти 97 процентов воды в мире нечистые. Это то, что мы добавили в нашу систему в этом последнем подходе. Он сочетает в себе прямой осмос для очистки воды с дальнейшим разделением на необходимые нам элементы, чтобы вы могли взять грязную воду и затем довести ее до стадии чистой воды, которая затем разделяется на водород и кислород. Это исследование может принести пользу так же и в других областях человеческой жизнедеятельности. Так работает наука.
ГАЗЕТА: Вы говорите, что это может сильно повлиять на экономики бедных стран, не имеющих собственной инфраструктуры, в том числе чтобы иметь легкодоступную питьевую воду? При поддержке Фонда решения проблемы изменения климата президента Гарварда Дрю Фауста профессор энергетики Паттерсона Роквуда Дэниел Носера и его коллеги создали эффективный метод использования силы света для производства двух мощных видов топлива. Новая технология может открыть дверь для более дешевого производства устройств на альтернативной энергии
Дэниел Носера: Да. Многие люди утверждают, что такая система, нацеленная на загрязненные источники, не нужна и что чистой воды достаточно, когда вы очищаете ее промышленным способом, как здесь, в США. Все забывают, что большая часть мира, нуждающаяся в чистой энергии, является беднейшей частью не имеющей достаточного количества элементарной чистой пресной воды. Проблема в том, что всякий раз, когда вы входите в эти дискуссии, речь идет о том, что вы живете здесь и сейчас. Многие могут не рассматривать других мест для проживания, и именно эти места определяют будущее энергетики. В конце концов, нам нужно иметь распределенный процесс накопления энергии, работающий с чем угодно. И все, что угодно - это воздух, грязная вода и солнечный свет. Об этом и говорится в этой статье. Мы изобрели множество способов использования любого источника воды, и это еще один способ использования любого источника воды.
ГАЗЕТА: Каковы следующие шаги в этом проекте, помимо попыток найти способы его масштабирования?
Дэниел Носера: Это исследование было инициировано Управлением военно-морских исследований, поскольку военно-морской флот работает исключительно в морской воде. Они хотели посмотреть, сможем ли мы производить кислород для дайверов «в режиме онлайн». Побочным продуктом расщепления воды является кислород. Мы говорим о ценности процесса расщепления воды для получения водорода, но для ВМФ ценен именно кислород. Эта система смогла работать с морской водой, а затем преобразовывать ее в чистый кислород, чтобы дайверы могли дышать. Следующим этапом проекта для меня является получение пригодного для дыхания кислорода из сильно загрязненной воды. Это также может принести пользу многим другим областям наук.