Průlomový solární článek vyrábí palivo z oxidu uhličitého a slunečního záření  
Zní to lépe než fotosyntéza rostlin. Oxid uhličitý plus sluneční záření rovná se palivo. Fotosyntetický solární článek je jako kouzlo!

Průlomový fotosyntetický článek. Kredit: University of Illinois at Chicago/Jenny Fontaine.
Průlomový fotosyntetický článek. Kredit: University of Illinois at Chicago/Jenny Fontaine.
Představte si, že postavíte zařízení, které účinně a hlavně levně přeměňuje oxid uhličitý z atmosféry na organické palivo. A energii tomu dodává sluneční záření. Něco takového by mohlo změnit svět. Nejlepší na tom je, že už to není fikce. Vědci Illinoiské univerzity v Chicagu přesně tohle vymysleli, postavili a také předběžně patentovali. Před pár dny o tom psal časopis Science.

Amin Salehi-Khojin (vlevo). Kredit: University of Illinois at Chicago/Jenny Fontaine.
Amin Salehi-Khojin (vlevo). Kredit: University of Illinois at Chicago/Jenny Fontaine.


Šéf výzkumu Amin Salehi-Khojin a jeho spolupracovníci tvrdí, že jejich nový solární článek není fotovoltaický. Ve skutečnosti je podle nich fotosyntetický. Běžné solární články vyrábějí ze slunečního záření elektřinu. A tu je nutné skladovat v bateriích, které představují slabinu soudobé technologické civilizace. Nové fotosyntetické články jsou ale jiné. Využívají energii Slunce k výrobě paliva z atmosférického oxidu uhličitého, čímž velmi rafinovaně řeší dva palčivé problémy dnešní doby najednou. Solární farma vybavená fotosyntetickými články by podle tiskové zprávy Illinoiské univerzity mohla vypumpovat nemalé množství oxidu uhličitého z atmosféry a vyrobit z něj palivo.


Rostliny vyrábějí při fotosyntéze cukr. Fotosyntetické články v tomhle přírodu nekopírují a produkují takzvaný syntézní plyn, tedy směs oxidu uhelnatého a vodíku. Syntézní plyn může být přímo používán jako palivo anebo z něj lze vyrobit naftu nebo podobné věci. Pokud by se povedlo tímto způsobem rozběhnout výrobu paliva z oxidu uhličitého za cenu dnes vyráběného paliva anebo nižší, tak jsme s fosilními palivy nadlouho za vodou.

 

University of Illinois, Chicago.
University of Illinois, Chicago.
K proměně oxidu uhličitého na palivo jsou nutné redukční chemické reakce. Vědci už dříve testovali různé katalyzátory, které by poháněly redukci oxidu uhličitého, nic moc z toho ale zatím nebylo. Reakce obvykle neprobíhají s dostatečnou účinností a vyžadují drahé katalyzátory, jako je například stříbro. Salehi-Khojin a jeho kolegové proto potřebovali nový typ chemikálií s výjimečnými vlastnostmi.

 

Zaměřili se na dichalkogenidy přechodných kovů (TMDC), které spojili s nekonvenční iontovou kapalinou jako elektrolytem a vytvořili tím pozoruhodný elektrochemický článek. Vyzkoušeli několik katalyzátorů a jako nejlepší se ukázaly nanovločky diselenidu wolframu. Je to vážně skvělý katalyzátor redukce oxidu uhličitého. Funguje asi tak tisíckrát rychleji než katalyzátory z drahých kovů, a zároveň je dvacetkrát levnější.

 

Překonáme technologii matky Přírody? Kredit: ASIF_JALAL_RIZVI / Wikimedia Commons.
Překonáme technologii matky Přírody? Kredit: ASIF_JALAL_RIZVI / Wikimedia Commons.
Jiní vědci už používali dichalkogenidy přechodných kovů k výrobě vodíku jinými způsoby, katalyzátory ale obvykle zoxidují a přestanou fungovat. Klíčové proto podle Salehi-Khojina bylo, když s kolegy použili iontovou kapalinu (ethyl-methyl-imidazolium tetrafluoroborát), smíchanou jedna ku jedné s vodou. Tímto způsobem se jim podařilo zabezpečit aktivní místa jejich katalyzátoru. Celý tenhle systém funguje na katodě článku, zatímco na anodě je oxid kobaltu v elektrolytu fosfátu draslíku.
Když fotosyntetický solární článek ozáří běžné denní osvětlení (100 wattů na čtvereční metr) tak v oblasti katody vznikají bublinky vodíku a oxidu uhelnatého a na anodě se tvoří volné kyslíkové a vodíkové ionty. Vodíkové ionty poté pronikají membránou ke katodě a podílejí se na redukci oxidu uhličitého.

 

Podle Salehi-Khojina je tuto technologii možné používat v průmyslových aplikacích, jako jsou třeba solární farmy, ale také v menším měřítku. Salehi-Khojin se navíc neomezuje jen na planetu Zemi, ale sympaticky pošilhává i po Marsu. Na Rudé planetě je hodně oxidu uhličitého a je tam i voda. Není vyloučeno, že se nám tam povede rozjet podobnou technologii. Budoucnost klepe na dveře, jen si musíme dát pozor, abychom nezapomněli oxid uhličitý zase vypouštět do atmosféry a nevypnuli si tím skleníkový efekt úplně. Jinak časem zmrzneme.

Literatura
University of Illinois 28.7. 2016, Science 353: 467-470.

Datum: 02.08.2016
Tisk článku

Karel IV. Pán světa - Ledecký Jonáš, Pospíšil Martin, Namai Matyáš, Ležák Zdeněk
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 399 Kč
cena: 339 Kč
Karel IV. Pán světa
Ledecký Jonáš, Pospíšil Martin, Namai Matyáš, Ležák Zdeněk
Související články:

Fotolýza vody s lesem polovodičových nanodrátků     Autor: Stanislav Mihulka (26.05.2013)
Hacknutí fotosyntézy pro záchranu lidstva     Autor: Stanislav Mihulka (27.09.2014)
3D tištěný bioreaktor přemění metan na metanol jako nic     Autor: Stanislav Mihulka (16.06.2016)



Diskuze:

Text clanku bez grafov

Peter Salamun,2016-08-12 13:04:51

Electrochemical or photochemical reduction of carbon dioxide (CO2) could in principle conveniently recycle the greenhouse gas back into fuels (1–6). However, existing catalysts are too inefficient in practice (7–11): Either weak binding interactions between the reaction intermediates and the catalyst give rise to high overpotentials, or slow electron transfer kinetics result in low exchange current densities. Both of these metrics depend not only on the intrinsic electronic properties of the catalyst, but also on the solvent and the catalyst morphology. Recently, we reported that three-dimensional (3D) bulk molybdenum disulfide (MoS2) catalyzes CO2 reduction to CO at an extremely low overpotential (54 mV) (12) in an ionic liquid (IL). Here, we report 2D nanoflake (NF) architectures of this and other transition metal dichalcogenides (TMDCs) that manifest much higher performance for electrocatalytic CO2 reduction in the IL 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMIM-BF4).

CO2 reduction activities of similarly sized (~100 nm) TMDC NFs including MoS2, WS2, MoSe2, and WSe2 were tested using a rotating disc electrode. All TMDCs were grown using a chemical vapor transport technique (13). Figure 1A shows cyclic voltammetry (CV) results of WSe2 NFs, and bulk MoS2 as well as Ag nanoparticles (Ag NPs) and bulk Ag as a representative noble-metal catalyst. All experiments were performed inside a two-compartment, three-electrode electrochemical cell (fig. S6) using an electrolyte of 50 volume percent (vol %) EMIM-BF4 and 50 vol % deionized water; this composition gives the maximum CO2 reduction activity (13). The polarization curves of all studied catalysts were obtained by sweeping potential between +0.8 and –0.764 V versus RHE (reversible hydrogen electrode; all potentials reported here are based on RHE) with a scan rate of 50 mV s−1 (Fig. 1A and fig. S8). We also performed chronoamperometry at different applied potentials for WSe2 NFs. The results indicate that the obtained current densities for all applied potentials are 10 to 20% less than the CV results with 50 mV/s scan rate (fig. S9). The difference is attributed to the charging current (capacitive behavior) in the CV measurements.

Download high-res image
Open in new tab
Download Powerpoint

Fig. 1 CO2 reduction performance of the TMDC catalysts, Ag NPs, and bulk Ag in the EMIM-BF4 solution.

(A) Cyclic voltammetry (CV) curves for WSe2 NFs, bulk MoS2, Ag nanoparticles (Ag NPs), and bulk Ag in CO2 environment. Inset shows the current densities in low overpotentials. (B) CO and H2 overall faradaic efficiency (FE) at different applied potentials for WSe2 NFs. The error bars represent SD of four measurements. (C) CO formation TOF of WSe2 NFs, bulk MoS2, and Ag NPs in IL electrolyte at overpotentials of 54 to 650 mV. At 54 mV overpotential, Ag NPs’ result is zero. (D) Overview of different catalysts’ performance at different overpotentials (η). All TMDC and Ag NP data were obtained from chronoamperometry experiments under identical conditions. Data for other catalysts are from (12).

The CO2 reduction began at –0.164 V (overpotential of 54 mV) for WSe2 NFs, as confirmed by faradaic efficiency (FE) measurements (Fig. 1B). At this potential (overpotential of 54 mV), a current density of 18.95 mA/cm2 (normalized on the basis of geometrical surface area) was obtained for WSe2 NFs; by comparison, current densities were 0.19 mA/cm2 for bulk Ag, 1.57 mA/cm2 for Ag NPs, and 3.4 mA/cm2 for bulk MoS2. The CO formation FEs for WSe2 NFs (Fig. 1B) and bulk MoS2 (12) were 24% and 3%, respectively. However, the Ag NPs and bulk Ag did not reduce CO2 at this overpotential. At –0.764 V potential, the recorded current density for WSe2 NFs was 330 mA cm−2, versus 3.3 mA cm−2 for bulk Ag, 11 mA cm−2 for Ag NPs, and 65 mA cm−2 for bulk MoS2. The CO formation turnover frequency (TOF) (Fig. 1C) (13), a measure of per-site activity of catalysts to produce CO, was 0.28 s−1 for WSe2 NFs versus 0.016 s−1 for bulk MoS2. However, this value was zero for Ag NPs, as they could not produce CO at this overpotential (54 mV). Figure 1C also shows that the CO formation TOF of WSe2 was approximately three orders of magnitude higher than that of Ag NPs in the overpotential range of 150 to 650 mV.

Gas chromatography and differential electrochemical mass spectroscopy analyses indicated that CO and H2 were the only gas-phase products (5, 11, 12, 14–16) in the potential range of 0 to –0.764 V (13). The measured FE for WSe2 NFs/IL (Fig. 1B) showed that this system is highly selective for CO formation at high potentials (–0.2 to –0.764 V). However, at smaller potentials (–0.164 to –0.2 V), it produces a mixture of CO and H2 (synthesis gas). Figure S13 shows the selectivity (FE) results of all TMDCs tested in this study (13).

The catalytic performance of TMDC NFs was compared with that of other reported catalysts (Fig. 1D) by multiplying current density (activity) by CO formation FE (selectivity). At 100 mV overpotential, the performance of WSe2 NFs exceeded that of bulk MoS2 and Ag NPs tested under identical conditions in an ionic liquid by a factor of nearly 60. The performance of WSe2 NFs also exceeds those of Au NPs (17) and Cu NPs (18) by three orders of magnitude. Additionally, at this overpotential, the performance of WSe2 exceeded that of WS2 and MoSe2 NFs by factors of 3 and 2, respectively (Fig. 1D). We also performed chronoamperometry experiments to examine the electrochemical stability of WSe2 NFs in 50:50 vol % IL/deionized water. At the applied potential of –0.364 V (0.254 V overpotential), a small decay (10%) was observed after 27 hours of continuous operation of the three-electrode two-compartment cell (fig. S14) (13).

The photochemical performance of WSe2/IL was also studied using a custom-built wireless setup. This artificial leaf mimics the photosynthesis process in the absence of any external applied potential. The cell (Fig. 2A) (13) is composed of three major segments: (i) two amorphous silicon triple-junction photovoltaic (PV-a-si-3jn) cells in series to harvest light, (ii) the WSe2/IL cocatalyst system on the cathode side for CO2 reduction, and (iii) cobalt (CoII) oxide/hydroxide in potassium phosphate pH = 7.0 (KPi) electrolyte on the anode side to catalyze the oxygen evolution reaction (19–21). Because the CO2 reduction and oxygen evolution reactions in the artificial leaf system are electrically coupled together through the photovoltaic, the production and consumption rates of electrons and protons are equal on the anode and cathode sides of the cell. When the reaction starts, proton (H+) generation is initiated in the KPi solution (anode side) through the oxygen evolution reaction (decreasing the initial pH of 7); on the IL electrolyte (cathode side), the CO2 reduction reaction consumes H+ available in the IL electrolyte (increasing the initial pH of ~3.2). During this transient period, diffusion of the K+ ions through the proton exchange membrane from the anode to the cathode side compensates the charge imbalance to achieve charge neutrality (fig. S17) (13). However, after this period (~5 min), the pH in the KPi solution and the IL approaches ~3.4, where the operation of the artificial leaf system reaches steady state and H+ diffuses in place of K+. Our measurements indicate that 1.43 × 10−4 M K+ diffuses to the IL in the transient stage and that its concentration remains constant under steady-state operation. This quantification is consistent with the change in the H+ concentration (1.52 × 10−4 M) on the cathode side. The PV-a-si-3jn cell can function continuously for 5 hours (fig. S18) before corrosion of the transparent indium tin oxide layer on the anode inhibits operation (fig. S19) (13). However, replacing the PV-a-si-3jn cells restores performance to its previous level.

Download high-res image
Open in new tab
Download Powerpoint

Fig. 2 Artificial leaf.

(A) Schematic of the cell design. (B) Rate of product formation (mol/s) with respect to different Sun illuminations. (C) Calculated solar-to-fuel efficiency (SFE) of photochemical process using the WSe2/IL cocatalyst system. Our calculation indicates ~4.6% SFE, which is limited by the maximum efficiency of PV-a-si-3jn (~6.0%). Error bars indicate uncertainty in the calculated SFE (table S5) (13).

To test the stability of ionic liquid (50 vol % EMIM-BF4 in water) and KPi electrolytes, we replaced the PV-a-si-3jn cells every 4 hours for a cumulative time of 100 hours. Results shown in table S3 (13) indicate that, within error margins, the same molar quantities of CO and H2 were produced during each 4-hour period of the 100-hour-long operation of the artificial leaf, confirming the durability of both anode (KPi) and cathode (50/50 vol% IL/water) electrolytes. We also observed no significant change in the pH of the solution after 100 hours (13). Moreover, our calculations (13) indicate that a negligible amount of water (~0.018 ml/hour) is produced during the CO2 reduction reaction on the cathode side relative to the total volume of electrolyte (100 ml of IL/water) used in our experiment.

Figure 2B shows the molar rates of product formation with respect to simulated solar illumination (number of Suns). The respective yields of CO and H2 measured by GC follow an approximately 10:1 ratio for the entire range of illuminations. This result is consistent with our FE measurements obtained at higher overpotentials in the three-electrode electrochemical setup. We also calculated the solar-to-fuel conversion efficiency (SFE) for our photochemical process (Fig. 2C), obtaining a value of ~4.6% limited by the maximum efficiency of the PV-a-si-3jn cell (~6.0%) (13, 20). This SFE is higher than that of the water-splitting reaction (~2.5%) previously measured using an identical triple-junction photovoltaic (PV-a-si-3jn) cell (20). Our measurements indicate that the SFE of the system remains stable for 5 hours of continuous operation (fig. S20) (13). The SFEs of the artificial leaf during 100 hours of operation (with successive PV-a-si-3jn replacements) are shown in table S6.

Next, we performed electrochemical impedance spectroscopy (EIS) at 150 mV overpotential to measure the charge transfer resistance (Rct) for WSe2 NFs, bulk MoS2, and Ag NPs catalysts (13, 22–24). A charge transfer resistance is correlated to the number of electrons transferred from the catalyst surface to the reactant (25–27) as well as intermediate formation inside the double layer (22, 23). Our experimental results (Fig. 3) indicate that the Rct of WSe2 is ~180 ohms, versus ~420 ohms for bulk MoS2 and ~550 ohms for Ag NPs.

Download high-res image
Open in new tab
Download Powerpoint

Fig. 3 Electrochemical impedance spectroscopy of CO2 reduction using WSe2 NFs, bulk MoS2, and Ag NPs at 150 mV overpotential.

Additionally, we measured the work function of WSe2 and the other TMDCs by ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) (11, 13) (fig. S22). Our results indicate a considerably lower work function of WSe2 NFs (3.52 eV) compared to bulk MoS2 (3.99 eV) (12) and Ag NPs (4.38 eV), confirming the EIS data. These results provide evidence that the superior electronic properties of W edge atoms result in a faster electron transfer and consequently higher catalytic activity during CO2 reduction.

To characterize the atomic arrangement of edge atoms, we performed scanning transmission electron microscopy (STEM) analysis on several liquid-exfoliated monolayers and multiple layers of WSe2 NFs (fig. S23A) (13). The line intensity profile of single-layer WSe2 NF (fig. S23B) indicates that the edges of the nanoflakes are W-terminated. Moreover, STEM analysis on the edge atoms after 27 hours of chronoamperometry (fig. S14) indicates a stable atomic structure of W edge sites (fig. S23, C and D). These results suggest that transition metals with d-orbital electrons on the edge sites mainly contribute to the CO2 reduction without any evidence of instability over time. X-ray photoelectron spectroscopy data further verified the long-term stability of the catalyst (fig. S24, A to D) (12, 13).

Density functional theory (DFT) calculations were performed to gain insight into the catalytic properties of the TMDC NFs (13). The calculated reaction free energies of the CO2 → CO pathway using a computational hydrogen electron approach at zero potential (28) show that the formation of COOH* is highly endergonic and is the rate-limiting step for both Ag(111) and the Ag55 cluster (Fig. 4A). The Ag55 cluster requires less energy than Ag(111) to form COOH* because of the presence of undercoordinated Ag atoms of the cluster. This result explains the lower overpotential of Ag nanoparticles relative to bulk Ag, in agreement with other studies (7). COOH* formation is similarly endergonic on other metal surfaces such as Pd, Au, and Cu (7, 29, 30). However, on the metallic edges of the TMDC NFs, COOH* formation is exergonic because of strong binding to the TMDC metal edge sites. The CO* is also much more stable on the TMDC NFs than on Ag, residing at lower energy than COOH*. This energetic ordering suggests that the formation of CO* from CO2 is kinetically more favorable on the TMDC NFs than on Ag (Fig. 4A) resulting in lower overpotentials. In addition, the calculated projected density of states of the edge metal atom (Mo or W) reveals that the d-band centers of these metal edges (Fig. 4, B and C, and fig. S26, A to D) (13) are much closer to the Fermi level than those of the Ag(111) surface, further supporting the strong binding interactions of the adsorbed intermediates with the TMDC NFs (31, 32). However, the strong binding of CO on the TMDCs also inhibits desorption of CO, which becomes the rate-limiting step in the TMDC systems. Previous studies have indicated that the coverage of the adsorbed intermediates significantly affects the binding energies (33, 34). We further investigated the effect of CO coverage on the metal edge of the TMDCs and found that each metal atom on the TMDC edge can bind up to two CO molecules (θCO ≤ 2 ML) (13). The binding energy per CO on a metal atom (when θCO = 1 ML) ranges from 0.8 to 1.1 eV (Fig. 4A), whereas the binding energy per second CO on a metal atom (when θCO = 2 ML) decreases to 0.3 to 0.5 eV. This finding suggests that the metal edges of the TMDCs likely have high CO coverage (θCO > 1 ML) during the catalytic reaction to maintain a high turnover rate.

Download high-res image
Open in new tab
Download Powerpoint

Fig. 4 Density functional theory analysis.

(A) Calculated free energy diagrams for CO2 electroreduction to CO on Ag(111), Ag55 NPs, MoS2, WS2, MoSe2, and WSe2 NFs at 0 V RHE. (B) Calculated partial density of states of the d band (spin-up) of the surface Ag atom of Ag55. (C) Calculated partial density of states of the surface bare metal edge atom (W) of the WSe2 NFs. The calculations of the Ag systems are at CO coverage of 1/16 ML; those of the TMDC systems are at CO coverage of 1 ML. See (13) for details of the coverage effects in the TMDC systems.

We also calculated the work functions of the monolayers of the four TMDCs (fig. S27). Our calculations show a trend of MoS2 > WS2 > MoSe2 > WSe2, consistent with experimental measurements of the work functions (fig. S22) (13). This trend of work functions correlates with the trend of the experimental activities as measured by current densities of the four TMDCs, suggesting that the electron transfer properties of the TMDCs play an important role in the electrochemical reduction of CO2. In this case, WSe2 has the lowest work function and is the best TMDC for CO2 activation among the tested materials.

The ionic liquid also plays an important role in the CO2 electrochemical reduction. Our previous study suggested that the EMIM+ ion helps transport CO2 to the catalyst surface by complexation under acidic conditions (12). Overall, we attribute the exceptional performance of the present catalysts to a combination of low overpotentials and efficient electron transfer properties of the TMDC NFs and the IL-enhanced local CO2 concentration.

Odpovědět


Re: Text clanku bez grafov

Josef Hrncirik,2016-08-13 15:35:42

Allahu akbar!

Bez obr. grafů a tabulek se v tom vyzná jedině Šalamoun.
Z termodynamiky je zřejmé, že článek s reakcí 2 CO2 = 2 CO + O2 má standardní napětí cca 1,3 V či až 1,4 V, pokud jde o redukci hydro karbonátového iontu.
Pokud v textu pod hl. fig.1 uvádí potenciál -0,164 V k SHE, nic mi to neříká, protože to je v nevodném prostředí dvojnásob záhadného pH.
Hlavně není jasné rozhodující přepětí vzniku O2 na tajné anodě a především ztracené napětí pro celou reakci, ne jen pro katodický poločlánek.
TOF pro CO cca 0,3/s však vede pouze na cca 0,4 mA/cm2 místo udávaných 19.
Proč mermomocí dělali umělý list a ještě z PV účinnosti jen 6%, když snad je běžných 14% a navíc jim to rozpouštělo InSnOx?
Co znamená pH = 3,4 v nevodném katolytu?
Neleze jim CO ev. H2 či imidazol do anodového prostoru a neoxiduje tam, když projde voda i K+?
Co vysvětluje FE jen cca 24% (z anotace), pokud jim tam prý vzniká CO/H2 cca 10?
Pod fig.2 SFE = 4,6% při SE PV 6% pak FE elektrolýzy = 46/60 = 77%, tj. přepětí = 23% = cca 0,3 V a co s FE 24% ?!.
Nemají tam napíchlý černý odběr z denního proudu?
Neprodávají noční proud jako solární?
Mají ocejchovaná měřidla?
Neopižlávají si pro privátní obohacení Pt kotoučové eldy?
Nevypíná jim vrátný v noci Artificial Sol?
Poznámka že ve 100 ml katolytu za 1 hod vznikne 0,018 ml vody je bez znalosti geometrie, proudu a cirkulace k ničemu.
Hydrofilní membránou při velkém osmotickém gradientu projde nejspíše mnohem více.
fig.2B; CO/H2 = 10 dá FE cca 91%, což je spor s 24% z anotace.
Rct 180 Ohm ?/cm2 při přepětí 0,15 V dá jen 0,8 mA/cm2 místo cca 19.
Science je drahá a nedostupná, možná i zmatená, Vita je krátká.
Salám a lej kum.

Odpovědět


Re: Re: Text clanku bez grafov

Josef Hrncirik,2016-08-13 15:40:58

A CO2 tam vdechovali ze všech sil

Odpovědět

Zřejmě je ta technologie tajná

Jakub Klos,2016-08-11 11:54:28

Pane Mihulka,
chápu, že nemůžete objasnit princip této elektrolytické multireakce. Snad se to děje ve vodném roztoku, protože roztavený fosfát by zvyšoval energetické nároky zejména u menších zdrojů energie, jako jsou solární panely. Kyslíkový ion ve vodě neznám. Zřejmě to měl být OH-, nebo opravdu nějaký záhadný elektorlyt. Jinak je to dobrý nápad, jak uschovat energii. Na eliminaci CO2 z atmosféry to mít vliv nebude, protože se jedná o palivo. Palivo je určené převážně na topení. Tedy zase emise CO2. Mělo by jít tedy spíše o bezemisní technologii (samozřejmě CO2, škodliviny tím garantované nejsou). Výhodu tu spatřuji především v tom, že by se mohlo jednat o universální zdroj energie jak pro vytápění tak pro elektriku, podobně jako zemní plyn, ale nefosilního původu. Mimochodem v diskuzích se zde rozhořela debata o solárních elektrárnách. Myslím, že ty přebytky mohou být z jakékoliv elektrárny. Více je v budoucnu očekávám v jaderné energetice.

Odpovědět

Jede GMO kukuřice na mikro či nanovločky WSe2?

Josef Hrncirik,2016-08-05 15:40:55

Odpovědět

Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Josef Hrncirik,2016-08-03 11:10:59

Odpovědět


Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Josef Hrncirik,2016-08-03 11:34:34

Na rozdíl od Nature se v Science není možno dostat zdarma ani do Supplements či Figures.
Zda na anodě se jen oxidoval Co2+ na Co3+ , nebo vznikal O2 oxidací vody či OH- není z anotace jasné, natož jaké je tam ev. přepětí.
Na WSe2 je při 19 mA/cm2 při redukci CO2 prý přepětí jen cca 50 mV,
není však jasné při jaké koncentraci CO2. Určitě ne při nasycení z běžného vzduchu.
Není jasné jaká je životnost (nárůst přepětí elektrod) a úbytek (rozklad etylmetylimidazolu).
1 m2 katody napájený 41 m2 PV 100 W světla/m2 by za 1 hod vyrobil plyn CO + 3,17 H2 na 12 g benzínu vysokotlakou syntézou.

Odpovědět


Re: Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Stanislav Florian,2016-08-03 23:51:18

Ze 41 m2 panelů ( plocha velkého obýváku) energie pro asi 12 g benzinu za hodinu, tedy 750 g = asi 1 litr za asi 62 hodin souvislého osvícení. 100 W/m2 je zřejmě kolmý svit. V našich podmínkách fotovoltaický panel 1 m2 vyrobí asi 160 kWh/rok, což je výkon asi 18 W/m2, více jak 5x menší výkon.

Odpovědět


Re: Re: Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Petr Kr,2016-08-04 07:27:38

160 kWh/rok je 18W. Ale Slunce není pro kterýkoliv bod na Zemi nonstop zdroj. Mám pocit, že v noci ho střídá jiný "pán". Včera bylo zase nějakou dobu schované i přes den.
Průměrně jsme vypili 160 l/rok piva na hlavu. Ale to nedává zdroj 18 ml na hlavu. Zdroj u piva je většinou 0,5 l. Tak se to pivo prodává v obchodech balené i v hospodách točené.
Takže při svitu v dobrých podmínkách je 100 W/m2 ze slunečního panelu asi zcela běžné. Asi nemá smysl operovat neustále nějakými "průměry" a hádat se o neřádovou chybu. Snad ten pán nad váma nevyráběl ten benzín o půlnoci a také nehovořil nic o kontinuální výrobě během vánočních svátků. To tam myslím nějak neuváděl explicitně ani náznakem.

PS. dobré podmínky jsou myšleny standardní slunečný den (např. mimo 1.1.1978).

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Stanislav Florian,2016-08-04 16:28:19

Jistě, průměr 18 W/m2 je něco jiného než maximum. Jde ale o možnou technologii výrovy paliv v provozu celý rok, nikoli o to, kolik vyrobí, když jsou optimální podmínky.
Průměrech o pivech a vánocích nechte do hospody, tam zaujmou.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Petr Kr,2016-08-04 16:44:48

Děkuji za radu. Půjdu tam už brzy, ale nejprve si vyguglete možnosti FVČ. Myslím, že jsem psal o běžném dobrém stavu a ne o maximu. A myslím, že když někdo napíše, že na to posvítí denním světlem 100 W, tak nemyslel Měsíc v úplňku o silvestru (když vám vadí ty vánoce).
Průměr spočítaný dle metodiky "Sflor" a dle logiky věci je něco jiného a maximum zase něco jiného. Jde o možnou technologii, která se možná o vánocích vypíná. Možná se bude vypínat i o sobotách a nedělích a snad i noční směna nepojede. Vy asi zaujmete v té hospodě více.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Stanislav Florian,2016-08-04 22:03:38

Přečtěte si Stanislav Florian,2016-08-03 23:51:18, o žádných průměrech tam nepíšu. Jde o případnou technologii výroby paliv, podtext je kolik může vyrobit třeba za rok a za kolik let se to může třeba i vyplatit.
Řešte i nadále problémy, které jste nadnesl, a sledujte , jestli Vám nevypínají nejen tu fotovoltaiku.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Josef Hrncirik,2016-08-05 06:43:28

Lux ex tenebris et in umbra nigra, gloria Deo in excelsis .
100 W světla/m2 si Amin vycucal z palce, aby zasel rozkol mezi západní křižáky vybavené cejchovanými digitálními luxmetry a jejich chudšími východními spojenci vyznávajícími solární konstantu 1400 W/m2.
Si myslíte, že svítil na PV i mimo dobu fotografování a změřil plochu kathody alespoň shuplerou?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Stanislav Florian,2016-08-05 10:31:29

Na cucání z palce jsou tady lidi.
Na povrch Země dopadá ze Slunce asi 184 W/m2.
https://cs.wikipedia.org/wiki/Terestri%C3%A1ln%C3%AD_z%C3%A1%C5%99en%C3%AD#/media/File:Globalni_toky_energie_cs.svg

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Josef Hrncirik,2016-08-05 10:51:03

Výborně.
A nyní ještě kolik to dělá na 1 m2 na vodorovné ploše na dané zeměpisné šířce,
ev. při pevném optimálním úhlu nastavení
a při pohyblivém nastavení za Sluncem bez umývání
a s neustálým umýváním
a jaká je účinnost PV v půli neznámé životnosti
Jaká je ekonomická a fyzikální životnost PV?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Stanislav Florian,2016-08-05 11:50:25

Už jsem psal, u nás vyjde výkon solárníhio článku 18W/m2.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Josef Hrncirik,2016-08-05 12:14:49

Díky.
Zřejmě asi při optimální (ale pevné elevaci)
a neuvedené celoživotní? účinnosti PV přeměny 14%?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Petr Kr,2016-08-05 11:02:34

"Proč je to tak málo, když tzv. sluneční konstanta činí asi 1361 W/m2? Příčinou tak nízké hodnoty je kromě albeda (odrážení slunečního záření) především to, že Slunce ozařuje průřez Země", nebo-li v noci nesvítí a tato hodnota je spočtena jako průměr na Zemi na m2. Pane Florian čtěte tu wikipedii pořádně. I ten obrázek je uveden jako průměr. Vy pořád operujete průměry.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Petr Kr,2016-08-05 11:12:59

A ještě dodávám, že na póly svítí dost šikmo, takže ještě také úhel dopadu snižuje množství záření ze Slunce na povrch Země. Směrem k polům naše planeta více září než příjmá tepla a to pomáhá vyrovnávat atmosférické proudění a proudy oceánské.
Kdybyste vyšel do přírody, všiml byste si, že sluneční panely mají v našich krajinách snad všichni nakloněné k jihu. A někteří je i otáčejí za Sluncem.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Stanislav Florian,2016-08-05 11:56:55

Slunce svítí kolmo průřez Země, ale reálně šikmo osluněnou část povrchu koule a povrch je 3,14x větší jak průřez. Takže 1361 až 1368 (W/m2) /3,14 = asi 341 W/m2 nebo 342 W/m2 před vstupem do atmosféry. Což ví každý, ale je dobře že se tím zabýváte.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Petr Kr,2016-08-05 13:31:51

Jen upřesním, co vím já:
Skoule = 4* Skruhu
Tedy 1364/4 = 341
Dobře, že jste to vysvětlil.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Josef Hrncirik,2016-08-05 15:49:04

Kolem 2. osy se Země zatím ještě divoce neotáčí, ale potom to bude Svatá Pravda.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Josef Hrncirik,2016-08-05 15:51:46

1/4

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Josef Hrncirik,2016-08-05 15:46:46

Platí to naprosto přesně pro kouli nápadně se podobající válci s osou rotace kolmou k rovině eclipticy.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Josef Hrncirik,2016-08-05 15:50:55

1 pítina

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Běžnými PV Si panely napájeli průtočnou celu elektrolýzy

Stanislav Florian,2016-08-05 18:38:06

No jo, S koule = 4*pí.r^2, nepsal jsem si to na papír a udělal při dělení překlep, mělo se dělit 4. Prostě k hranici atmosféry se dostane ze Slunce 341 W/m2 , na povrch Země se dostane průměrně 184 W/m2. Jsou to hodnoty průměrné. Vyspělé země USA, Evropa, Čína, Japonsko leží v oblastech, kde takový základní odhad vyhoví pro základní představu možnosti a efektivnosti výroby uhlovodíků fotovoltaikou. U nás 1 m2 dá průměrně výkon 18 W, za rok vyrobí 160 kWh = 576 MJ, což je energie 18 litrů benzinu po 32 MJ/litr.
Fabia se spotřebou 5 litrů na 100 km ujede na 18 litrů 360 km. Tedy 1 m2 fotovoltaiky (při 100% účinnosti přeměny sluneční energie na benzin) umožní denně ujet 1 km.Čili na ujetí 10 km denně budu potřebovat nejméně 10 m2 panelů fotovoltaiky.
Kdyby se uzákonilo, že supermarkety ( máme jich 2x víc jak Evropa) a jejich parkoviště musí mít fotovoltaiku, kterou použijí z velké části k osvětlení uvnitř a k chlazení, tak by to nezabralo žádný další prostor na loukách ( dřívějších polích) a zmenšily by se náklady na distribuci elektřiny.

Odpovědět

Denní světlo

Jiří Koiš,2016-08-02 23:05:52

Dobrý den, jsem nerad hnidopich, ale příkon slunečního záření se blíží spíše 1 kW nežli 100 W. Jinak samozřejmě držím palce nové technologii.

Odpovědět


Re: Denní světlo

Jirka Niklík,2016-08-02 23:13:24

Otázka je, jak je definované "běžné denní osvětlení" :-)

Odpovědět


Re: Denní světlo

Jakub Chalupnik,2016-08-03 13:28:18

1,3kW/m2 v sobe zahrnuje veskerou energii ze Slunce, a to na obezne draze. Asi 75% se pohlti v atmosfere, a z toho zbytku se neda vyuzit vsechno.
https://cs.wikipedia.org/wiki/Slune%C4%8Dn%C3%AD_konstanta

Odpovědět


Re: Re: Denní světlo

Vojtěch Kocián,2016-08-03 13:53:35

To není pravda. Při jasné obloze a se Sluncem v zenitu atmosféra pohltí/odrazí asi čtvrtinu, 75% naopak projde, což dává asi 1 kW/m2.
https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_constant#Variations_due_to_atmospheric_conditions
Ta čtvrtina z české Wiki patří k průměrnému oslunění, do kterého se započítává úhel, pod kterým světlo dopadá a dokonce i noc, kdy nedopadá nic.

Odpovědět

Ale

David Literák,2016-08-02 18:58:04

Nejsem chemik, ale jak se z CO2 za pomocí fotonů udělá H? Nehraje tam trošku roli ten "elektrolyt"? Protože pokud se směs vody a iontové kapaliny musí neustále obnovovat, tak si nejsem jistý, že tím něco vyřešili. Vodík z vody umíme získávat dávno, pravda nijak zvlášť efektivně, ale tohle taky nevypadá jako rychlovka.

Odpovědět


Re: Ale

Stanislav Florian,2016-08-02 20:24:22

V článku je jasně napsáno, že se vyrobí syntézní plyn ( CO +H2) z něhož lze vyrobit uhlovodíky (benzín dělali Němci za války v Záluží u Mostu z uhlí), také lze vyrobit se syntézního plynu methanol a tzv. oxonací i jiné alkoholy.
Uvedený katalyzátor tetraflouroboritan bude pěkně jedovatý, viz např.
https://www.merckmillipore.com/CZ/cs/product/Tetrafluoroboritan-tetramethylamonia,MDA_CHEM-821097#
podobně jako jsou silně jedovaté fluorované komplexy hlinité a křemičité.
Oddělení plynů od matečného katalyzátoru v kapalné fázi asi nebude problém.
Takže metoda vzniku paliva vypadá dobře až výborně.

Odpovědět


Re: Re: Ale

Jirka Niklík,2016-08-02 21:19:06

Otázka zněla, kde se tam bere ten H2.
Ukázkový provoz výroby paliva z vody, vzduchu (resp. CO2 ze vzduchu) a elektřiny už dávno běží. Tam ovšem ten vodík získávají elektrolýzou vody.
http://oenergetice.cz/obnovitelne-zdroje/audi-zacalo-vyrabet-ekologickou-naftu-z-co2-a-vody/

Odpovědět


Re: Re: Re: Ale

Stanislav Florian,2016-08-03 02:16:33

Text článku píše, že článek není fotovoltaický, ale fotosyntetický.
Článek :"Klíčové proto podle Salehi-Khojina bylo, když s kolegy použili iontovou kapalinu (ethyl-methyl-imidazolium tetrafluoroborát), smíchanou jedna ku jedné s vodou..v oblasti katody vznikají bublinky vodíku a oxidu uhelnatého a na anodě se tvoří volné kyslíkové a vodíkové ionty. Vodíkové ionty poté pronikají membránou ke katodě a podílejí se na redukci oxidu uhličitého."
Vodík tedy pochází z vody. Obě žádoucí složky H2 a CO vznikají na katodě.
Chápu, že kyslíkové anionty se přitahují ke kladné anodě, a že kationty H+ (resp. H3O+) pronikají přes membránu ke katodě. Na anodě je elektrolyt, což je vodný roztok oddělený membránou od katody.
Váš odkaz
http://oenergetice.cz/obnovitelne-zdroje/audi-zacalo-vyrabet-ekologickou-naftu-z-co2-a-vody/
na e-diesel pracuje se zelenou fotovoltaickou elektřinou a kdesi jinde s vysokoteplotní elektrolýzou vody za teploty 800 °C.
V tomto textu článku není nic o vysoké teplotě a H2+CO vzniká v témže článku hnaném solární energii.

Odpovědět


Re: Re: Re: Ale

Jakub Chalupnik,2016-08-03 13:30:28

Nekde jsem cetl, ze vyroba vodiku elektrolyzou ma dost ubohou ucinnost (snad 30%), takze proto se temer veskery vodik dneska vyrabi z metanu.

Odpovědět


Jako hydrogenační katalyzátor se jim v Hermann Goehring werke velmi osvědčil právě WS2

Josef Hrncirik,2016-08-03 10:43:28

Odpovědět


Re: Jako hydrogenační katalyzátor se jim v Hermann Goehring werke velmi osvědčil právě WS2

Josef Hrncirik,2016-08-05 06:52:45

Aby DAEŠ (v Rusku přísně zakázaný) neporušil platnost patentů IG Farben z Tisícileté Říše a evokoval nulitu benešových dekretů od samého počátku), místo prověřeného WS2 raději použil, i když dražší, jeho primitivní nepatentovanou analogii WSe2.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace