ВНИМАНИЕ! На форуме началось голосование в конкурсе - астрофотография месяца АПРЕЛЬ!
0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.
Познавательная статья об инвестициях в ВИЭ: http://www.ng.ru/energy/2018-06-19/13_7247_investments.html Альтернативная энергетика набирает обороты.
На таких разных рынках, как Мексика, Канада, Индия и Марокко, цена за 1 МВт-ч от наземных ветроэнергетических установок опустилась до 30 долл. При этом в Мексике один из тендеров выдал цену даже ниже 20 долл. (на 40–50% меньше, чем по тендерам в 2016 году), что стало мировым рекордом. А в Германии зафиксировали национальный минимум – 38 евро (около 45 долл.).
Теоретически она вообще может быть бесконечной, однако период полураспада с ростом атомного номера будет стремиться к фемтосекундам для всех изотопов...
Та до сих пор на фотопленки серебра уходит и то больше.
Но если цена на серебро взлетит до небес, то переход на другие материалы не такая уже и фантастика.
Низкий процент рециклинга (за исключением материалов, которые используются в качестве пленки микронных масштабов) только там, где этот материал пока что еще дешев.
нужно около 200 тонн серебра, совершенно гигантская цифра. Чтобы оценить масштаб бедствия, стоит сказать что для реактора ВВЭР-1000
В деньгах это только 100млн$, а реактор стоит судя по всему где то 5млрд$.
Т.е. солнечная энергетика в современном виде критически зависит от редкого невозобновляемого ресурса с немасштабируемой добычей и перспективой полного исчерпания в достаточно обозримые сроки. А это значит её вообще нельзя относить к возобновляемым. Она ещё мене возобновляемая, чем угольная ТЭС. Угля хватит на больший срок, чем серебра.
А тут где-то говорилось, я уже не буду искать, что всю таблицу Менделеева, в т.ч. серебро и т.д. - проще простого добывать из океанской воды,
10 лет не срок. Им стоило поспорить лет на 30-50. А лучше на 100
Цитата: LonelyWanderer от 28 Июн 2018 [01:21:54]А тут где-то говорилось, я уже не буду искать, что всю таблицу Менделеева, в т.ч. серебро и т.д. - проще простого добывать из океанской воды,То что из морской воды можно извлечь любые элементы - миф. Список того, что оттуда хотя бы потенциально можно получить весьма ограничен. Более менее уверенно на самом деле (есть опыт промышленной добычи) вообще можно говорить только о соли (хлориде натрия), сульфатах (мирабилите) и магнии. Больше ничего в промышленных масштабах из морской воды никогда и никто не извлекал.
А по сути альтернатив не много. Хотя бы теоретически металлизацию внешней поверхности можно делать из серебра, золота, никеля, тантала, платиновых металлов (или многослойную, где нижний слой соприкасающийся с кремнием один из перечисленных). Всё список закончен.
Опять же чтобы электромобиль был не просто игрушкой для очень богатых людей - литий должен быть сравнительно дешёвым. Грубо цену отсечения для этой области можно оценить как 100$ за 1 кг карбоната лития. Это кстати уже отличается от текущей цены меньше, чем на один порядок. Сейчас средняя цена 12$/кг, и тут не надо думать, что это очень далеко от обозначенных 100$. В 2003 цена была 1,6$/кг, и всего за 15 лет выросла почти на этот порядок. При этом мы всё ещё разрабатываем самые дешёвые месторождения (рапы богатых литием солёных озёр в основном). Ещё на порядок она может вырасти легко и довольно быстро, по мере выработки самой дешёвой части запасов (которая составляет лишь очень небольшую часть общих ресурсов).Если лития для смартфоны и ноутбуки действительно хватит надолго, то на столько дешёвый литий, чтобы имело смысл делать электромобили, закончится очень быстро.
Есть же архитектуры с алюминиевым или кальциевым электродом.
Все ожидают, что в ближайшее время очень даже могут прийти аккумуляторы на другой основе. Фуллеренов и другие.
Как раз у лития в автомобильных батареях процент рециклинга должен быть очень высоким.
Для другого аккумуляторного металла - свинца степень возврата не превышает 70%. Не думаю, что у лития будет сильно больше.
Кальций тоже сомнительно... Да и коррозии он подвергается очень легко.
А топливные элементы вместо аккумуляторов нельзя использовать? Гордиев узел надо рубить, а не распутывать.
Водород-кислородный топливный элемент на основе иммобилизованных ферментовИЗОБРЕТЕНИЕПатент Российской Федерации RU2229515Имя изобретателя: Имя патентообладателя: Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова (RU)Адрес для переписки: 119992, Москва, Ленинские Горы, Химический факультет Московского государственного Университета им. М.В. Ломоносова, патентный отдел, Е.Н. ЗыковойДата начала действия патента: 2003.05.06..........Известны системы, в которых продемонстрированы возможности использования ферментов как катализаторов в топливных элементах. Так, компания Powerzyme представила патент РСТ WO 02/086999 А1 (15.04.2002) для окисления С1 соединений с помощью дегидрогеназ и переносчиков электронов, обеспечивающих сопряжение ферментативных и электрохимических процессов A. Heller (US Pat 2002/0025469 A1 (28.02.2002) рассматривает биохимические топливные элементы с участием ферментов. При этом продемонстрирована возможность использования окислительно-восстановительных гидрогелей и полимеров для осуществления переноса электронов между электродом и активным центром фермента. В качестве топлива в обсуждаемом патенте рассматриваются возможности использования различных биологических жидкостей и создания топливных элементов, имплантируемых в растения, животных или человека.Как тот, так и другой из представленных выше изобретенных топливных элементов с участием ферментов не рассматривают проблемы создания ферментативного водород-кислородного топливного элемента. Кроме того, в обоих изобретениях предусматривается использование медиаторов переноса электрода, обеспечивающих необходимый обмен электронов между электродом и активными центрами ферментов. Наше изобретение направлено на создание водород-кислородного топливного элемента и основано на принципиально другом подходе. Основой нашего изобретения является осуществление прямого электрического контакта между электродом и активным центром фермента. Изобретение основано на установленной авторами способности ферментов катализировать процессы переноса электронов между электронным проводником (электродом) и субстратом в растворе электролита при непосредственном контакте активного центра фермента с электронным проводником.В основу изобретения положено использование ферментов, способных катализировать анодный (реакция 1) и катодный (реакция 2) процессы, взамен платины и прочих благородных металлов. Каждый из ферментов иммобилизуют (адсорбируют, химически закрепляют) на электронпроводящем материале, входя неотъемлемой составляющей частью в состав электрода. Анод, или водородный электрод, содержит в своем составе фермент - гидрогеназу, осуществляющую активацию и окисление молекулярного водорода. Катод, или кислородный электрод, содержит в своем составе оксидазу, осуществляющую активацию и восстановление молекулярного кислорода непосредственно до воды. Катод и анод разделены средой, не обладающей электронной проводимостью, но обеспечивающей перенос ионов. Ионный проводник (нафионовая мембрана, раствор электролита) предотвращает электронный контакт между анодом и катодом, а также ограничивает проникновение кислорода в анодную (водородную) область топливного элемента и наоборот.Два различных фермента, локализованные на двух пространственно разделенных электродах, генерируют электрохимические потенциалы, равные или близкие по значению соответствующим равновесным потенциалам (реакции 1, 2), обеспечивая таким образом разность потенциалов между электродами топливного элемента.На аноде под действием фермента Е1 (гидрогеназы) происходит следующая реакция:где Е1 - активный центр фермента, E1H2 - комплекс фермента с молекулой водорода.Необратимая стадия представляет собой перенос электронов из активного центра фермента на электрод с освобождением двух протонов в ионпроводящую среду и переносом двух электронов в электронпроводящий материал.На катоде под действием фермента Е2 (оксидазы):"); ");где Е2 - активный центр второго фермента, Е2О2 - комплекс фермента с молекулой кислорода.Вторая стадия также представляет собой перенос электронов из электронного проводника на активный центр фермента Е2 с восстановлением молекулы кислорода до гидроксильных ионов.В ионпроводящей среде происходит образование воды как продукта окисления водорода кислородом:В качестве преимуществ топливного элемента на основе ферментов можно выделить следующие: (кликните для показа/скрытия)1. Ферменты являются полностью возобновляемыми катализаторами, их производство способно обеспечить растущий спрос на топливные элементы.2. Стоимость ферментов при их массовом производстве существенно падает до 10-15 рублей за грамм.3. Ферментные электроды не отравляются примесями окиси углерода (СО) и сероводорода (Н2S), присутствующими в дешевых топливах.4. Ферменты катализируют только присущие им реакции, неизбежное проникновение газов в противоположный отсек топливного элемента не приводит к уменьшению кпд преобразования энергии.ВОДОРОДНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕКТРОД НА ОСНОВЕ ИММОБИЛИЗОВАННЫХ ФЕРМЕНТОВДля создания водородного топливного электрода можно использовать ферменты класса оксидоредуктаз, способные к активации и окислению молекулярного водорода. Ферменты этого типа получили тривиальное название гидрогеназы.Нами продемонстрирована возможность использования гидрогеназ из различных источников для создания водородных топливных электродов. В качестве токопроводящего носителя для иммобилизации ферментов могут быть использованы различные инертные углеродные материалы: графит, сажа, углеродистые ткани. Для иммобилизации гидрогеназ исходно гидрофобная поверхность носителя может быть: (а) подвергнута гидрофилизации химически или электрохимически, (б) модифицирована промоторами. Иммобилизация гидрогеназ может быть проведена (а) сорбцией из водного раствора, (б) нанесением на поверхность носителя с последующим высушиванием. В случае локализации фермента только на поверхности электрода гидрогеназа может быть дополнительно стабилизирована наложением химических сшивок (например, с применением глутарового альдегида) или покрытием водонерастворимым полимером (например, нафионом).Описанные способы демонстрируются следующими примерами (кликните для показа/скрытия)Пример 1Углеродную ткань ТВШ гидрофилизуют в концентрированной серной кислоте в течение 15 минут, затем отмывают в фосфатном буферном растворе, рН 7.0, в течение суток. Ткань вносят в раствор гидрогеназы из пурной фототрофной серобактерии Thiocapsa roseopersicina (0.1 мг мл-1) и оставляют для сорбции на 10-12 часов при температуре 4ºС. Полученный электрод в насыщенном водородом водном растворе генерирует потенциал разомкнутой цепи 3-10 мВ относительно равновесного водородного потенциала. При перенапряжении 200 мВ ток окисления водорода составлял 0.2-0.6 мА см-2.Пример 2Графитовый стержень гидрофилизуют электрохимически в фосфатном буферном растворе, рН 7.0, попеременной поляризацией в анодную и катодную области (10 минут), задавая плотность тока 30 мА см-2. Затем электрод вносят в раствор гидрогеназы из сульфатвосстанавливающей бактерии Desulfovibrio sp. (1 мг мл-1) и оставляют для сорбции в течение 12 часов при температуре 4ºС. Полученный электрод в насыщенном водородом водном растворе генерировал потенциал разомкнутой цепи 5-15 мВ относительно равновесного водородного потенциала. При перенапряжении 75 мВ ток окисления водорода составлял 0.1-0.2 мА см-2.Пример 3На углеродную ткань ЛШГ наносят раствор промотора (поливиологена) в ацетонитриле (1 мг мл-1). Водный раствор гидрогеназы из пурной фототрофной серобактерии Th. roseopersicina (0.1 мг мл-1) наносят на поверхность ткани и высушивают при комнатной температуре на воздухе. Полученный электрод в насыщенном водородом водном растворе генерировал потенциал разомкнутой цепи 3-5 мВ относительно равновесного водородного потенциала. При перенапряжении 200 мВ ток окисления водорода составлял 0.5-1 мА см-2.Пример 4Сажу ПМ-105 смешивают с раствором нафиона в легких спиртах до содержания последнего 15-20% по массе. Смесь наносят на стеклоуглеродный стержень и высушивают. Поверхность полученного электрода затем гидрофилизуют электрохимически. Гидрогеназу из пурной фототрофной серобактерии Th. roseopersicina (0.05 мг мл-1) наносят на поверхность электрода и высушивают при комнатной температуре на воздухе. В насыщенном водородом водном растворе ферментный электрод генерировал потенциал разомкнутой цепи 3-5 мВ относительно равновесного водородного потенциала. При перенапряжении 200 мВ ток окисления водорода составлял 0.5-1 мА см-2.Пример 5Водородный ферментный электрод, приготовленный, как показано по примеру 1, стабилизируют в парах глутарового альдегида в течение 15 минут. Электрохимические характеристики электрода после обработки практически не меняются.В качестве бесспорных преимуществ водородного ферментного электрода над платиновым следует отметить его низкую чувствительность к монооксиду углерода (СО) и сероводороду (сульфиданиону), которые содержатся в составе водорода, получаемого реформингом и микробиологическим путем соответственно.Пример 6Водородный ферментный электрод, полученный по примерам 1-5, помещают в атмосферу смеси Н2 и СО. Установлено, что до содержания СО 1% электрохимические характеристики водородного ферментного электрода остаются неизменными, что позволяет эксплуатировать такой электрод на неочищенном реформинг-газе. Более того, даже после экспонирования 100% СО водородный ферментный электрод полностью восстанавливал свою активность, как только атмосфера была изменена обратно на водород. Для сравнения при экспонированиии платинового топливного электрода смеси Н2 и СО при содержании последнего 0.1% электрод необратимо теряет свою активность на 99% всего за 10 минут.Пример 7Водородный ферментный электрод, полученный по примерам 1-5, помещают в раствор, насыщенный водородом, и впоследствии добавляли сульфид натрия до конечной концентрации 0.005 М. С точностью до ошибки измерений электрохимические характеристики ферментного электрода после добавления сульфида остались неизменными.КИСЛОРОДНЫЙ ФЕРМЕНТНЫЙ ЭЛЕКТРОД НА ОСНОВЕ ИММОБИЛИЗОВАННЫХ ФЕРМЕНТОВДля создания кислородного электрода можно использовать фермент-оксидазу, осуществляющую восстановление молекулярного кислорода до воды. Восстановление кислорода до пероксида водорода термодинамически неэффективно: при этом в случае водород-кислородного топливного элемента теряется до 50% энергии. В качестве ферментов для приготовления кислородного электрода можно использовать полифенолоксидазы (лакказы), аскорбатоксидазу, тирозиноксидазу, цитохром с-оксидазу.Способы получения кислородного ферментного электрода аналогичны таковым, описанным выше для водородного ферментного электрода. Целесообразно, однако, продемонстрировать их следующими примерами. (кликните для показа/скрытия)Пример 8Углеродную ткань ЛШГ гидрофилизуют в концентрированной серной кислоте в течение 10 минут, затем отмывают в фосфатном буферном растворе, рН 7.0, в течение суток. Затем ткань помещают в раствор лакказы, изолированной из гриба Coriolos hirsitus (0.1 мг мл-1), и сорбируют в течение 12 часов при температуре 4ºС. Для стабилизации на поверхности ткани электрод выдерживался в парах глутарового альдегида в течение 15 минут. В атмосфере кислорода полученный электрод генерировал потенциал разомкнутой цепи (-30) - (-50) мВ относительно равновесного потенциала (кислород/вода) и при перенапряжении - 200 мВ ток восстановления кислорода составил 0.03 - 0.15 мА см-2.Пример 9Лакказу из Polyporos versicolor суспендируют в изопропаноле и смешивают с растором нафиона. Конечное содержание фермента и полиэлектролита составляло 1 мг мл-1 и 0.3% соответственно. Смесь добавляют к саже ПМ-105 так, чтобы содержание полиэлектролита относительно углеродного материала составило 20%, и наносят на стеклоуглеродную пластину. Электрод высушивают на воздухе. В атмосфере кислорода полученный электрод генерировал потенциал разомкнутой цепи (-30) - (-50) мВ относительно равновесного потенциала (кислород/вода) и при перенапряжении - 200 мВ ток восстановления кислорода составил 0.05-0.1 мА см-2.ВОДОРОД-КИСЛОРОДНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТПример 10Водородный ферментный электрод готовят, как описано выше (см примеры 1-7). Кислородный ферментный электрод готовят в соответствии с примерами (10-11). Оба электрода плотно прижимают к протонпроводящей мембране нафион (удельное сопротивление 20 см). К электродам обеспечивают раздельную подачу водорода (на гидрогеназный электрод) и кислорода (на оксидазный электрод). На электродах устанавливается устойчивая разность потенциалов 1.15-1.18 V. В равновесном режиме термодинамический потенциал водород/кислородного элемента составляет 1.23 V. Таким образом, кпд преобразования энергии в обсуждаемом примере составлял 94-96%. В отсутствие ферментов на указанных электронпроводящих носителях разность потенциалов неустойчива и находится в области - 0.3-0.5 V.Пример 11Водородный и кислородный ферментные электроды готовят, как указано в примере 12. Оба электрода помещают в сосуд с общим электролитом (например, ацетата натрия 0.05 М и сульфата натрия 0.1 М, рН 5.0) и обеспечивают раздельную подачу водорода на анод и кислорода на катод. Между электродами генерируется разность потенциалов 1.16-1.19 V, что дает кпд преобразователя энергии 95-97%.ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯВодород-кислородный ферментативный топливный элемент может найти применение в областях использования топливных элементов на основе платины. Это автомобильный транспорт, локальные источники энергии, генераторы электричества, использующие избытки водорода, например атомные электростанции. Преимуществами является использование для их создания возобновляемых катализаторов, отсутствие в их конструкции элементов благородных металлов.Существенным представляется слабая чувствительность ферментативного топливного элемента к окиси углерода и сероводороду. Нечувствительность гидрогеназного электрода к сероводороду делает его применимым при создании систем получения электроэнергии из биологических источников водорода, например при конверсии органических отходов.ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Водород-кислородный топливный элемент на основе иммобилизованных ферментов, характеризующийся тем, что содержит водородный электрод, выполненный из углеродного материала, на котором в качестве катализатора окисления водорода иммобилизован фермент гидрогеназа, и кислородный электрод, выполненный из углеродного материала, на котором в качестве катализатора восстановления кислорода иммобилизован фермент оксидаза, разделенные между собой ионным проводником. Водород-кислородный топливный элемент на основе иммобилизованных ферментов по п.1, отличающийся тем, что углеродный материал подвергнут гидрофилизации химически или электрохимически или модифицирован промоторами. Водород-кислородный топливный элемент на основе иммобилизованных ферментов по п.1, отличающийся тем, что иммобилизация ферментов проведена сорбцией из водного раствора или нанесением на поверхность углеродного материала с последующим высушиванием. Водород-кислородный топливный элемент на основе иммобилизованных ферментов по п.1, отличающийся тем, что иммобилизованные ферменты стабилизированы наложением химических сшивок или покрытием водонерастворимым полимером.
Автор
Тема: Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации (Прочитано 846065 раз)
