Blogger Widgets Το στέκι των Φυσικών Επιστημών: Τεχνητή φωτοσύνθεση και φθηνά φωτοβολταικά από... νανοκρυσταλλικά υλικά! Animated Blue Pencil
Drop Down MenusCSS Drop Down MenuPure CSS Dropdown Menu
****Καλώς ήρθατε στο στέκι των Φυσικών Επιστημών, ένα στέκι με άρθρα και πλούσιο εκπαιδευτικό υλικό για τους μαθητές Γυμνασίου!****Welcome to my blog. Hope you enjoy it!!*****

Κυριακή, 12 Φεβρουαρίου 2012

Τεχνητή φωτοσύνθεση και φθηνά φωτοβολταικά από... νανοκρυσταλλικά υλικά!

Παύλος Αλιβιζάτος
    Στις 13 του προσεχούς Μαΐου ο πρόεδρος του Ισραήλ θα απονείμει στον ελληνοαμερικανό καθηγητή Αρμάνδο-Παύλο Αλιβιζάτο το εφετινό βραβείο Βολφ Χημείας, σε αναγνώριση της σημαντικότατης προσφοράς του στην παρασκευή και μελέτη νανοκρυσταλλικών υλικών. Οι εφαρμογές αυτών των υλικών εκτείνονται από τα φωτοβολταϊκά συστήματα ως την τεχνητή φωτοσύνθεση. Επομένως είναι ένα από τα βασικά στοιχεία οποιασδήποτε προσπάθειας για  την υλοποίηση του στόχου της πράσινης ανάπτυξης.

 Οι «ιδιοτροπίες» των νανοκρυστάλλων

    Ειδικότητα του καθηγητή Αλιβιζάτου είναι οι νανοκρύσταλλοι, δηλαδή μικροί κρύσταλλοι διάφορων υλικών με διαστάσεις μερικά νανόμετρα (1 νανόμετρο = 1 δισεκατομμυριοστό του μέτρου). Το ξεχωριστό ενδιαφέρον για τους νανοκρυστάλλους πηγάζει από το γεγονός ότι οι ιδιότητές τους δεν εξαρτώνται μόνο από το είδος του υλικού από το οποίο είναι κατασκευασμένοι αλλά και από το μέγεθος του νανοκρυστάλλου. Σύμφωνα με το παράδειγμα που φέρνει ο ίδιος, το σημείο τήξης του χρυσού μπορεί να το βρει κανείς σε οποιοδήποτε βιβλίο Χημείας ή στο Διαδίκτυο, το σημείο τήξης όμως ενός νανοκρυστάλλου χρυσού όχι, επειδή είναι διαφορετικό για διαφορετικά μεγέθη. Οι νανοκρύσταλλοι έχουν πολλές και σημαντικές εφαρμογές στην τεχνολογία, οι σημαντικότερες ίσως από τις οποίες είναι η κατασκευή φωτοβολταϊκών στοιχείων χαμηλού κόστους και συσκευών τεχνητής φωτοσύνθεσης.
  Όσοι σκέφθηκαν να τοποθετήσουν φωτοβολταϊκά στοιχεία στο σπίτι τους για παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος από το ηλιακό φως γνωρίζουν πολύ καλά ότι το κόστος αυτών των συσκευών είναι πολύ μεγάλο. Ο λόγος είναι ότι τα σημερινά φωτοβολταϊκά στοιχεία είναι  κατασκευασμένα από κρυστάλλους πυριτίου, το κόστος των οποίων είναι υψηλό επειδή το πυρίτιο δεν είναι ανεξάντλητο στη φύση και έχει μεγάλη ζήτηση για την κατασκευή ολοκληρωμένων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Το κόστος ανεβαίνει επίσης επειδή η κατασκευή ενός μεγάλου κρυστάλλου είναι πολύ ακριβότερη από την κατασκευή πολλών μικρών. Ενα καλό παράδειγμα του καθηγητή Αλιβιζάτου για το δεύτερο σκέλος είναι το κόστος των διαμαντιών, τα οποία δεν είναι τίποτα περισσότερο από κρυσταλλικός άνθρακας. Ενα μεγάλο διαμάντι είναι ασύγκριτα ακριβότερο από πολλά μικρά ίσου βάρους επειδή είναι δύσκολο να βρει κανείς ένα μεγάλο διαμάντι χωρίς ελαττώματα.

Πώς θα αντικαταστήσουμε το πυρίτιο
   Η εναλλακτική λύση που σήμερα αναπτύσσεται για αντικατάσταση των κρυστάλλων πυριτίου είναι η χρήση λεπτών στρωμάτων ημιαγωγών από ίνδιο, τελλούριο και γάλλιο πάνω σε ένα γυάλινο υπόστρωμα. Τα στοιχεία αυτά όμως είναι σπάνια στην επιφάνεια της Γης και, αν θελήσουμε να κατασκευάσουμε μεγάλες ποσότητες φωτοβολταϊκών στοιχείων με αυτή τη μέθοδο, το κόστος θα εκτοξευθεί σε επίπεδα πολύ υψηλότερα από αυτά της τεχνολογίας του πυριτίου. Η πρόταση του καθηγητή Αλιβιζάτου και της ομάδας του να χρησιμοποιηθούν νανοκρύσταλλοι από υλικά που υπάρχουν σε αφθονία στη Γη, όπως π.χ. ο σιδηροπυρίτης, ο θειούχος χαλκός και το οξείδιο του χαλκού, θα μπορούσε να οδηγήσει στη μαζική κατασκευή φωτοβολταϊκών στοιχείων με κόστος πολύ χαμηλότερο από το σημερινό.
Η δομή των κυλινδρικών νανοκρυστάλλων που υποκαθιστούν τη χλωροφύλλη. Η ενέργεια των φωτονίων (δεξιά επάνω) συνθέτει δύο μόρια μεθυλικής αλκοόλης από τέσσερα μόρια νερού και δύο μόρια διοξειδίου του άνθρακα, ενώ παράλληλα απελευθερώνει στην ατμόσφαιρα τρία μόρια οξυγόνου
  Μια άλλη ενδιαφέρουσα εφαρμογή των νανοκρυστάλλων που έχει προτείνει ο καθηγητής Αλιβιζάτος είναι η απευθείας μετατροπή της ενέργειας του ηλιακού φωτός σε υγρό καύσιμο. Χρησιμοποιώντας νανοκρυσταλλικό οξείδιο του κοβαλτίου αντί για χλωροφύλλη, ο Αλιβιζάτος και η ομάδα του έδειξαν ότι είναι δυνατή η απευθείας παραγωγή μεθυλικής αλκοόλης (γνωστής πιο πολύ ως ξυλόπνευμα) από διοξείδιο του άνθρακα και νερό.  Με τον τρόπο αυτόν όχι μόνο αφαιρείται από την ατμόσφαιρα το διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο ευθύνεται βασικά για το φαινόμενο του θερμοκηπίου, και απελευθερώνεται οξυγόνο, αλλά παράγεται ταυτόχρονα και ένα υγρό καύσιμο που θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κίνηση οχημάτων. περισσότερα..
  
γράφει ο κ. Χάρης Βάρβογλης καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.

Δεν υπάρχουν σχόλια :

Δημοσίευση σχολίου

Παγκόσμιο ρολόι

Blogger Widgets