Παραγωγή υδρογόνου από νανοπυρίτιο
 |
Νανοσωματίδια διαμέτρου 10 νανομέτρων (10*10-9 μέτρα) παράγουν υδρογόνο
1000 φορές γρηγορότερα από ότι μια μεγάλη ποσότητα πυριτίου, και 45
φορές πιο γρήγορα από σωματίδια διαμέτρου 100 νανομέτρων.
|
Νανοσωματίδια πυριτίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την σχεδόν στιγμιαία παραγωγή υδρογόνου, σύμφωνα με ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μπάφαλο στη Νέα Υόρκη.
Η χημική αντίδραση δεν απαιτεί θερμότητα, φως ή ηλεκτρισμό και το παραγόμενο υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κυψέλες καυσίμων. Η αντίδραση στην ουσία ανακτεί ορισμένη από την ενέργεια που διοχετεύεται στη διύλιση του πυριτίου και την παραγωγή των νανοσωματιδίων σε πρώτη φάση. Η καινοτόμος αυτή τεχνολογία μπορεί να βρει ευρεία εφαρμογή ως εύκολη και άμεση παραγωγή υδρογόνου.
Ο διαχωρισμός του νερού ώστε να παραχθεί υδρογόνο αποτελεί έναν καθαρό και ανανεώσιμο τρόπο παραγωγής ενέργειας, και οι παραδοσιακές τεχνικές διαχωρισμού περιλαμβάνουν την ηλεκτρόλυση, τη θερμόλυση και την φωτοκατάλυση. Το νερό μπορεί επίσης να αντιδράσει με μεγάλες ποσότητες πυριτίου και να παράξει υδρογόνο, αλλά αυτή η διαδικασία δεν έχει μελετηθεί αρκετά λόγω του ότι είναι ιδιαίτερα αργή.
Θεωρητικά, κάθε μόριο πυριτίου μπορεί να απελευθερώσει δύο μόρια υδρογόνου (ή αλλιώς 14% της μάζας του σε υδρογόνο). Το πυρίτιο βρίσκεται σε αφθονία στη Γη, έχει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και δεν απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα όταν αντιδρά με το νερό.
Λόγω της μεγάλης αναλογίας επιφάνειας-όγκου, τα νανοσωματίδια πυριτίου θεωρητικά παράγουν υδρογόνο σε πολύ γρηγορότερους ρυθμούς από ότι μια μεγάλη ποσότητα πυριτίου. Η ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τους Πάρας Πρασάντ και Μαρκ Σουίχαρτ έδειξε ότι ο ρυθμός των αντιδράσεων είναι υψηλότερος όσο μειώνεται το μέγεθος του πυριτίου.
Νανοσωματίδια διαμέτρου 10 νανομέτρων (10*10-9 μέτρα) παράγουν υδρογόνο 1000 φορές γρηγορότερα από ότι μια μεγάλη ποσότητα πυριτίου, και 45 φορές πιο γρήγορα από σωματίδια διαμέτρου 100 νανομέτρων.
Για να καταλάβουν αυτήν την τελευταία διαφορά, οι επιστήμονες πραγματοποίησαν πειράματα κατά τα οποία σταματούσαν την αντίδραση προτού αναλωθεί όλη η ποσότητα πυριτίου. Στη συνέχεια παρατήρησαν ότι τα σωματίδια διαμέτρου 100 nm μειώνονται στο μέγεθος ανομοιόμορφα και σχηματίζουν κενά στην επιφάνειά τους που καθυστερούν την αντίδραση, ενώ τα σωματίδια διαμέτρου 10 nm διατηρούσαν το σφαιρικό τους σχήμα.
«Με περαιτέρω ανάπτυξη, αυτή η τεχνολογία θα ήταν ιδανική για παροχή ενέργειας σε μικρές φορητές συσκευές και ίσως για να αντικαταστήσει στο μέλλον μεγάλους κινητήρες ντήζελ», δήλωσε ο Πρασάντ. Ένας τυπικός κινητήρας πυριτίου θα αποτελείται από μία κυψέλη καυσίμων υδρογόνου και ορισμένες πλαστικές θήκες με «νανοσκόνη» πυριτίου, στην οποία θα προστίθεται νερό όταν απαιτείται η παραγωγή ενέργειας.
Η χημική αντίδραση δεν απαιτεί θερμότητα, φως ή ηλεκτρισμό και το παραγόμενο υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κυψέλες καυσίμων. Η αντίδραση στην ουσία ανακτεί ορισμένη από την ενέργεια που διοχετεύεται στη διύλιση του πυριτίου και την παραγωγή των νανοσωματιδίων σε πρώτη φάση. Η καινοτόμος αυτή τεχνολογία μπορεί να βρει ευρεία εφαρμογή ως εύκολη και άμεση παραγωγή υδρογόνου.
Ο διαχωρισμός του νερού ώστε να παραχθεί υδρογόνο αποτελεί έναν καθαρό και ανανεώσιμο τρόπο παραγωγής ενέργειας, και οι παραδοσιακές τεχνικές διαχωρισμού περιλαμβάνουν την ηλεκτρόλυση, τη θερμόλυση και την φωτοκατάλυση. Το νερό μπορεί επίσης να αντιδράσει με μεγάλες ποσότητες πυριτίου και να παράξει υδρογόνο, αλλά αυτή η διαδικασία δεν έχει μελετηθεί αρκετά λόγω του ότι είναι ιδιαίτερα αργή.
Θεωρητικά, κάθε μόριο πυριτίου μπορεί να απελευθερώσει δύο μόρια υδρογόνου (ή αλλιώς 14% της μάζας του σε υδρογόνο). Το πυρίτιο βρίσκεται σε αφθονία στη Γη, έχει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και δεν απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα όταν αντιδρά με το νερό.
 |
| A close-up of spherical silicon nanoparticles about 10 nanometers in diameter. In Nano Letters, UB scientists report that these particles could form the basis of new technologies that generate hydrogen for portable power applications. Credit: Swihart Research Group, University at Buffalo. |
Νανοσωματίδια διαμέτρου 10 νανομέτρων (10*10-9 μέτρα) παράγουν υδρογόνο 1000 φορές γρηγορότερα από ότι μια μεγάλη ποσότητα πυριτίου, και 45 φορές πιο γρήγορα από σωματίδια διαμέτρου 100 νανομέτρων.
Για να καταλάβουν αυτήν την τελευταία διαφορά, οι επιστήμονες πραγματοποίησαν πειράματα κατά τα οποία σταματούσαν την αντίδραση προτού αναλωθεί όλη η ποσότητα πυριτίου. Στη συνέχεια παρατήρησαν ότι τα σωματίδια διαμέτρου 100 nm μειώνονται στο μέγεθος ανομοιόμορφα και σχηματίζουν κενά στην επιφάνειά τους που καθυστερούν την αντίδραση, ενώ τα σωματίδια διαμέτρου 10 nm διατηρούσαν το σφαιρικό τους σχήμα.
«Με περαιτέρω ανάπτυξη, αυτή η τεχνολογία θα ήταν ιδανική για παροχή ενέργειας σε μικρές φορητές συσκευές και ίσως για να αντικαταστήσει στο μέλλον μεγάλους κινητήρες ντήζελ», δήλωσε ο Πρασάντ. Ένας τυπικός κινητήρας πυριτίου θα αποτελείται από μία κυψέλη καυσίμων υδρογόνου και ορισμένες πλαστικές θήκες με «νανοσκόνη» πυριτίου, στην οποία θα προστίθεται νερό όταν απαιτείται η παραγωγή ενέργειας.
Σχόλια
Δημοσίευση σχολίου