Sun-powered device converts CO2 into fuel

[In2HiDef]

Пока еще не похоронный марш ОПЕКу, но первые ласточки уже летят


Sun-powered device converts CO2 into fuel



11:17 18 February 2009 by Jon Evans (http://www.newscientist.com/search?rbauthors=Jon+Evans)
For similar stories, visit the Energy and Fuels (http://www.newscientist.com/topic/energy-fuels) and Climate Change (http://www.newscientist.com/topic/climate-change) Topic Guides

Powered only by natural sunlight, an array of nanotubes is able to convert a mixture of carbon dioxide and water vapour into natural gas at unprecedented rates.
Such devices offer a new way to take carbon dioxide from the atmosphere and convert it into fuel or other chemicals to cut the effect of fossil fuel emissions on global climate (http://www.newscientist.com/article/dn11462-climate-change-a-guide-for-the-perplexed.html), says Craig Grimes (http://www.engr.psu.edu/ee/grimes/), from Pennsylvania State University, whose team came up with the device.
Although other research groups have developed methods for converting carbon dioxide into organic compounds like methane, often using titanium-dioxide nanoparticles as catalysts, they have needed ultraviolet light to power the reactions.
The researchers' breakthrough has been to develop a method that works with the wider range of visible frequencies within sunlight.
Enhanced activity

The team found it could enhance the catalytic abilities of titanium dioxide by forming it into nanotubes each around 135 nanometres wide and 40 microns long to increase surface area. Coating the nanotubes with catalytic copper and platinum particles also boosted their activity.
The researchers housed a 2-centimetre-square section of material bristling with the tubes inside a metal chamber with a quartz window. They then pumped in a mixture of carbon dioxide and water vapour and placed it in sunlight for three hours.
The energy provided by the sunlight transformed the carbon dioxide and water vapour into methane and related organic compounds, such as ethane and propane, at rates as high as 160 microlitres an hour per gram of nanotubes. This is 20 times higher than published results achieved using any previous method, but still too low to be immediately practical.
If the reaction is halted early the device produces a mixture of carbon monoxide and hydrogen known as syngas (http://en.wikipedia.org/wiki/Syngas), which can be converted into diesel (http://en.wikipedia.org/wiki/Fischer-Tropsch).
Copper boost

"If you tried to build a commercial system using what we have accomplished to date, you'd go broke," admits Grimes. But he is confident that commercially viable results are possible.
"We are now working on uniformly sensitising the entire nanotube array surface with copper nanoparticles, which should dramatically increase conversion rates," says Grimes, by at least two orders of magnitude for a given area of tubes.
This work suggests a "potentially very exciting" application for titanium-dioxide nanotubes, says Milo Shaffer (http://www3.imperial.ac.uk/people/m.shaffer), a nanotube researcher at Imperial College, London. "The high surface area, small critical dimensions, and open structure [of these nanotubes] apparently provide a relatively high activity," he says.

[wlass]

Пока еще не похоронный марш ОПЕКу, но первые ласточки уже летят


Sun-powered device converts CO2 into fuel



11:17 18 February 2009 by Jon Evans (http://www.newscientist.com/search?rbauthors=Jon+Evans)
For similar stories, visit the Energy and Fuels (http://www.newscientist.com/topic/energy-fuels) and Climate Change (http://www.newscientist.com/topic/climate-change) Topic Guides

Powered only by natural sunlight, an array of nanotubes is able to convert a mixture of carbon dioxide and water vapour into natural gas at unprecedented rates.
Such devices offer a new way to take carbon dioxide from the atmosphere and convert it into fuel or other chemicals to cut the effect of fossil fuel emissions on global climate (http://www.newscientist.com/article/dn11462-climate-change-a-guide-for-the-perplexed.html), says Craig Grimes (http://www.engr.psu.edu/ee/grimes/), from Pennsylvania State University, whose team came up with the device.
Although other research groups have developed methods for converting carbon dioxide into organic compounds like methane, often using titanium-dioxide nanoparticles as catalysts, they have needed ultraviolet light to power the reactions.
The researchers' breakthrough has been to develop a method that works with the wider range of visible frequencies within sunlight.
Enhanced activity

The team found it could enhance the catalytic abilities of titanium dioxide by forming it into nanotubes each around 135 nanometres wide and 40 microns long to increase surface area. Coating the nanotubes with catalytic copper and platinum particles also boosted their activity.
The researchers housed a 2-centimetre-square section of material bristling with the tubes inside a metal chamber with a quartz window. They then pumped in a mixture of carbon dioxide and water vapour and placed it in sunlight for three hours.
The energy provided by the sunlight transformed the carbon dioxide and water vapour into methane and related organic compounds, such as ethane and propane, at rates as high as 160 microlitres an hour per gram of nanotubes. This is 20 times higher than published results achieved using any previous method, but still too low to be immediately practical.
If the reaction is halted early the device produces a mixture of carbon monoxide and hydrogen known as syngas (http://en.wikipedia.org/wiki/Syngas), which can be converted into diesel (http://en.wikipedia.org/wiki/Fischer-Tropsch).
Copper boost

"If you tried to build a commercial system using what we have accomplished to date, you'd go broke," admits Grimes. But he is confident that commercially viable results are possible.
"We are now working on uniformly sensitising the entire nanotube array surface with copper nanoparticles, which should dramatically increase conversion rates," says Grimes, by at least two orders of magnitude for a given area of tubes.
This work suggests a "potentially very exciting" application for titanium-dioxide nanotubes, says Milo Shaffer (http://www3.imperial.ac.uk/people/m.shaffer), a nanotube researcher at Imperial College, London. "The high surface area, small critical dimensions, and open structure [of these nanotubes] apparently provide a relatively high activity," he says.
Пардон май френч, речь идет о метане, получаемом с помощью солнечной энергии? Проблема та же, что и у эл. энергии, получаемой от солнечных батарей - низкая мощность, получаемая с единицы площади, занимаемой такой солнечной батареей. Закон сохранения энергии пока обойти не получается. Сколько затратили (мало), столько потом и получим обратно при сгорании этого метана. Мало, слишком мало его будет получаться.

[In2HiDef]

А с чем сравниваем? Если скажем гектар пустынной территории усадить нанотрубками и снимать сливки– как это сравнивается в смысле Дж/м^2 с нефтяным месторождением (учитывая стоимость оборудования и долговременность эксплуатации). Солнце–то светит бесплатно.

[crazy-mike]

Солнце–то светит бесплатно.
Не "бесплатно". Иненсивность солнечного излучения - разная в различное время. Кроме того - есть ещё и облачность...

[In2HiDef]

Все же, рассматривая длительный срок, 20 лет пускай, и максимальную теоретическую эффективность процесса (фотосинтез эфективен?), можно добыть больше газа из гектара месторождения, или из гектара пустыни?

[crazy-mike]

Все же, рассматривая длительный срок, 20 лет пускай, и максимальную теоретическую эффективность процесса (фотосинтез эфективен?), можно добыть больше газа из гектара месторождения, или из гектара пустыни?
А для образования метана (CH4) - нужно водород откуда-то брать?
Углекислый газ CO2. Водорода надо примерно в четыре раза больше чем углерола. В атмосфере Земли водород есть только в составе воды (и в составе метана - которым "пукают" коровы и прочие травоядные).
Кстати - концентрация метана в атмосфере за время существования человеческих цивилизаций неуклонно возрастает. Пукают метаном ведь не только коровы. Но и вегетарианцы - например...:D
Вот если бы они кислород в водород при помощи нанотрубок превращали с выделением энергии!!!!!!!!!!!

[wlass]

А с чем сравниваем? Если скажем гектар пустынной территории усадить нанотрубками и снимать сливки– как это сравнивается в смысле Дж/м^2 с нефтяным месторождением (учитывая стоимость оборудования и долговременность эксплуатации). Солнце–то светит бесплатно.

Светит, конечно. Тогда можно было бы биотопливо производить. Солнечные батареи в виде листьев рапса, производят сгораемую органику в виде масла для дизелей. А результат? Целого многогектарного поля, выращиваемого несколько месяцев (если не ошибаюсь), хватает на одну заправку трака. Солнечная энергия с одного квадратного метра площади, может быть только та, что в данную секунду падает туда от солнца. Очень мало. Нефть и газ, это та же энергия с одного квадратного метра, но не сиюсекундная, а накопленная там за десятилетия, пока дерево росло под ним динозавр пасся. По сути, нефть и газ - это та же солнечная энергия, но накапливаемая оч долго. А выделяется она в двигателе за секунду и дает нужную мощность.
Нет, пока альтернативой нефти и газу будет только АЭС. Вполне работоспособная схема - на АЭС поставить установки для гидролиза. Получаемый водород продавать для двигателей внутреннего сгорания. А лучше поднапрячься и все-таки создать приемлемый для эксплуатации электромобиль. И заряжать его о той же АЭС.

[crazy-mike]

Светит, конечно. Тогда можно было бы биотопливо производить. Солнечные батареи в виде листьев рапса, производят сгораемую органику в виде масла для дизелей. А результат? Целого многогектарного поля, выращиваемого несколько месяцев (если не ошибаюсь), хватает на одну заправку трака. Солнечная энергия с одного квадратного метра площади, может быть только та, что в данную секунду падает туда от солнца. Очень мало.

Поэтому очень хотелось бы инициировать управляемую реакцию ядерного синтеза при помощи излучения Солнца. Не уверен - что там можно использовать нанотрубки , хотя как раз в этом случае есть возможность формирования когерентного излучения с эффектами усиления интенсивности излучения. :D

[In2HiDef]

Светит, конечно. Тогда можно было бы биотопливо производить. Солнечные батареи в виде листьев рапса, производят сгораемую органику в виде масла для дизелей. А результат? Целого многогектарного поля, выращиваемого несколько месяцев (если не ошибаюсь), хватает на одну заправку трака.
Но рапс не на 100% состоит из масла! Потом масло еще надо выжать, затратив энергию.

[wlass]

Но рапс не на 100% состоит из масла! Потом масло еще надо выжать, затратив энергию.
КПД конечно ниже. Но это ничего не меняет. Отдаваемая мощность все равно мала. Если даже будет 100%, сравни с тем, сколько энергии Солнце отдает твоей коже, когда ты загораешь. Хватит ли ее, чтобы вскипятить чайник?

[In2HiDef]

КПД конечно ниже. Но это ничего не меняет. Отдаваемая мощность все равно мала. Если даже будет 100%, сравни с тем, сколько энергии Солнце отдает твоей коже, когда ты загораешь. Хватит ли ее, чтобы вскипятить чайник?
С другой стороны, 1 га тропического леса производит –сколько тонн биомассы в год? А ведь это сложная органика, нам такие затраты не нужны, выгнать бы простецкий метан :) Это 1га. А какая площадь Сахары, Калахари, Гоби?

[wlass]

С другой стороны, 1 га тропического леса производит –сколько тонн биомассы в год? А ведь это сложная органика, нам такие затраты не нужны, выгнать бы простецкий метан :) Это 1га. А какая площадь Сахары, Калахари, Гоби?

Не, ну какое-то кол-во вполне можно освоить. Опять же экология.... Свести тропические леса ради биомассы и топлива - намного ли будет лучше использования атомной энергии? При том, что необходимого кол-ва энергии все равно не получить....

[crazy-mike]

.... Свести тропические леса ради биомассы и топлива - намного ли будет лучше использования атомной энергии? ....
Использование атомной энергии , кстати , в случае с реакторами на быстрых нейтронах минимизирует количество радиоактивных отходов и даже создаёт условия для "безотходного ядерного цикла". Любая ТЭС на угле и газе засирает окружающую среду сильнее чем "современная АЭС". Я уже не говорю о легковых автомобилях!!!! :D

[In2HiDef]

Свести тропические леса ради биомассы и топлива
Здрасьте... Речь только о пустынях, а возможно и баржах в экваториальных районах океана. Трихаггеры, разумеется, будут протестовать против помех в миграции саранчи...

[wlass]

Здрасьте... Речь только о пустынях, а возможно и баржах в экваториальных районах океана. Трихаггеры, разумеется, будут протестовать против помех в миграции саранчи...

В пустыне еще вырастить надо, воду туда провести реками. Опять экология, чтоб ее . Баржи в океане - это круто. Сколько их там надо держать, чтобы заправить один трак? Еще смешнее - на топливо для танкера, курсирующего между этими баржами, уйдет весь урожай этих барж :)

[In2HiDef]

В пустыне еще вырастить надо, воду туда провести реками.
Вырастить что? Нанотрубки? Я думаю, они сами по себе растут. Вода атмосферная.[/quote]


Баржи в океане - это круто. Сколько их там надо держать, чтобы заправить один трак? Еще смешнее - на топливо для танкера, курсирующего между этими баржами, уйдет весь урожай этих барж :)
Опять вопрос эффективности! Может уйдет, может нет. Не баржи, так понтоны от берега, с готовыми трубами.

[bdams]

Вырастить что? Нанотрубки? Я думаю, они сами по себе растут. Вода атмосферная.


Опять вопрос эффективности! Может уйдет, может нет. Не баржи, так понтоны от берега, с готовыми трубами

Красиво, но как-то утопично.

[crazy-mike]

Вырастить что? Нанотрубки? Я думаю, они сами по себе растут. Вода атмосферная.

Атмосферной может просто не хватить!!!!!
Обычно - там где "много воды" ведь сравнительно немного солнца.

[бубенчиков]

Не "бесплатно". Иненсивность солнечного излучения - разная в различное время. Кроме того - есть ещё и облачность...
Да и если та статья это правда, то как раз это и решает проблему разности излучения. Особенно для домовладельцев, которые могут положить на крышу солнечные батареи.
У меня батарея во дворе стоит и выдаёт 50 ватт, но кроме как зарядки акумулятора я не знаю куда её приспособить. А так у меня был бы свой метан, на всяких пожарный случай.

[In2HiDef]

Красиво, но как-то утопично.
Нанотехнология, в принципе, имеет целью самоорганизацию и самосборку сложных структур. Почитайте про ассемблеры и репликаторы.

[crazy-mike]

Нанотехнология, в принципе, имеет целью самоорганизацию и самосборку сложных структур. Почитайте про ассемблеры и репликаторы.
И чисто гипотетически - нанотехнологии можно было бы попытаться использовать для управляемого ядерного синтеза. ;)

[In2HiDef]

http://www.technologyreview.com/files/24331/solar_x220.jpg Guiding light: Morgan Solar’s high-precision optic--part acrylic and part glass--is molded so that light is trapped and bounces toward its center. A secondary glass optic concentrates the light to 1,000 suns and directs it to a tiny, high-efficiency solar cell. The low-profile design promises to reduce the cost of manufacturing and transportation.
Credit: Morgan Solar Nicolas Morgan holds up a square piece of clear, molded acrylic about a centimeter thick and shines a penlight directly at its flat surface. A green beam enters the acrylic and bends toward the center of the square. Morgan repeats the process at different points on the surface, and each time, the beam darts toward the center.
The acrylic component--called a Light-Guide Solar Optic (LSO)--is a new type of solar concentrator that could significantly lower the cost of generating electricity from the sun. Unlike existing designs, there's no need for mirrors, complex optics, or chemicals to trap and manipulate the light. "It's pure geometric optics," says Morgan, director of business development at Toronto-based Morgan Solar.
Solar concentrators have emerged in recent years as a way to intensify the amount of sunlight hitting solar cells, which are the most expensive part of solar panels. To make solar power more affordable, engineers have sought to use less solar-cell material by concentrating sunlight onto much smaller spaces.
But this approach has its own challenges. Most concentrators tend to be complex systems that use special lenses, curved mirrors, and other optical components with a "nonzero" focal length. This means that there must be enough distance--an air gap--between the solar cell and the optic to properly focus the light. As a result, concentrator-based systems are usually packaged within bulky enclosures, with enough depth to accommodate the focal length and protect all components during shipping. This means higher material and assembly costs and more expensive shipping.
A couple of years ago, Nicolas's brother John Paul Morgan came up with the idea of a solid-state solar concentrator system: a flat, thin acrylic optic that traps light and guides it toward its center. Embedded in the center of Morgan Solar's concentrator is a secondary, round optic made of glass. With a flat bottom and convex, mirrored top, the optic receives the incoming barrage of light at a concentration of about 50 suns and amplifies it to nearly 1,000 suns before bending the light through a 90-degree angle.
Unlike other concentrators, the light doesn't leave the optic before striking a solar cell. Instead, a high-efficiency cell about the size of an infant's thumbnail is bonded directly to the center bottom of the glass optic, where it absorbs the downward-bent light. There's no air gap, and there's no chance of fragile components being knocked out of alignment.
"It's all about critically controlling the angles once the light enters the first optic," explains Nicolas Morgan. The design takes advantage of a phenomenon called total internal reflection--the angle at which a beam of light inside an optical material will reflect back into the material rather than escape.