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Solarkraftwerk
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Erzeugung von Solartreibstoff

Erzeugung von Solartreibstoff

Die Erzeugung von Brennstoff durch Sonnenenergie basiert auf der Erzeugung chemischer Reaktionen unter Verwendung von Sonnenstrahlung. Diese chemischen Prozesse ermöglichen die Erzeugung von Energie, die ansonsten aus fossilen Brennstoffen oder Kernenergie stammen würde.

Ein großer Vorteil der Erzeugung von Solartreibstoffen besteht darin, dass sie leicht transportiert und gelagert werden können. Das Hinzufügen eines Schritts zur Stromerzeugung (Kraftstofferzeugung) bedeutet jedoch eine Verringerung des Wirkungsgrades: Das Hinzufügen eines zusätzlichen Schritts zwischen Energiespeicherung und Stromerzeugung verringert den Wirkungsgrad des gesamten Prozesses drastisch.

Arten von solarchemischen Reaktionen

Die durch die Sonne ausgelösten chemischen Reaktionen können in thermochemische Reaktionen oder photochemische Reaktionen unterteilt werden. Eine künstliche Photosynthese kann eine Vielzahl von Brennstoffen erzeugen.

Eine thermochemische Reaktion ist eine chemische Reaktion, bei der eine thermodynamische Umwandlung stattfindet. Mit anderen Worten, es ist eine Reaktion, die Wärmeenergie erzeugt oder absorbiert.

Photochemische Reaktionen erzeugen Wechselwirkungen zwischen Atomen, kleinen Molekülen und Licht. In der Photochemie gibt es zwei sehr wichtige physikalische Gesetze Das erste Gesetz der Photochemie besagt, dass Licht von einer chemischen Substanz absorbiert werden muss, um eine photochemische Reaktion auszulösen. Das zweite Gesetz der Photochemie besagt, dass für jedes von einem chemischen System absorbierte Lichtphoton nur ein Molekül für eine photochemische Reaktion aktiviert wird.

Solarchemie

Was ist Sonnenchemie? Unter Solarchemie versteht man eine Reihe möglicher Prozesse, die Sonnenenergie nutzen, indem sie Sonnenlicht in einer chemischen Reaktion absorbieren. Die Idee ähnelt konzeptionell der Photosynthese in Pflanzen, bei der Sonnenenergie in chemische Bindungen von Glukosemolekülen umgewandelt wird, jedoch keine lebenden Organismen verwendet werden, weshalb sie auch als künstliche Photosynthese bezeichnet wird.

Ein vielversprechender Ansatz ist die Verwendung von fokussiertem Sonnenlicht, um die Energie bereitzustellen, die benötigt wird, um Wasserstoff und Sauerstoff in Gegenwart eines metallischen Katalysators wie Zink von Wasser zu trennen. Dieser Vorgang wird normalerweise in zwei Schritten ausgeführt, damit Wasserstoff und Sauerstoff nicht in derselben Kammer auftreten, um eine Explosionsgefahr zu vermeiden.

Ein anderer Ansatz besteht darin, den bei diesem Prozess entstehenden Wasserstoff mit Kohlendioxid zu kombinieren, um Methan zu erzeugen. Der Vorteil dieses Ansatzes ist, dass es eine etablierte Infrastruktur für den Transport und die Verbrennung von Methan zur Stromerzeugung gibt, was für Wasserstoff nicht zutrifft.

Der Hauptnachteil dieser beiden Ansätze ist bei den meisten Energiespeichermethoden gleich: Durch Hinzufügen eines zusätzlichen Schritts zwischen Energiespeicher und Stromerzeugung wird die Effizienz des Gesamtprozesses drastisch verringert.

Künstliche Photosynthese

Künstliche Photosynthese ist ein chemischer Prozess, der den natürlichen Prozess der Photosynthese nachahmt die umwandelt Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid in Kohlenhydrate und Sauerstoff. Der Begriff bezieht sich allgemein auf ein beliebiges System zur Erfassung und Speicherung der Energie von Sonnenlicht in chemische Bindungen eines Brennstoffs (Solarkraftstoff). Photocatalytic Wasser Aufspaltung von Wasser in Protonen wird (und schließlich Wasserstoff) und Sauerstoff und ist eine der wichtigsten Forschungsbereiche in der künstlichen Photosynthese. Die photochemische Reduktion von Kohlendioxid ist ein weiterer untersuchter Prozess, der die natürliche Fixierung von Kohlenstoff reproduziert.

Die Forschung auf diesem Gebiet durchgeführt, umfasst die Konstruktion und den Bau von Geräten (und seine Komponenten) für die direkte Solarkraftstoffproduktion, die photoelektrischen Chemie und ihre Anwendungen in Brennstoffzellen und Enzym Engineering und photoautotrophen Mikroorganismen Microbial Biokraftstoffen und die Produktion von Biowasserstoff aus Sonnenlicht. Viele, wenn nicht die meisten der Forschungslinien von der biologischen Welt inspiriert sind, dh auf Biomimetik basiert.

Perspektiven für die Zukunft des Solartreibstoffs

Eine der aktuellen Herausforderungen ist die Entwicklung der multielektronischen katalytischen Chemie, die bei der Herstellung kohlenstoffbasierter Kraftstoffe (wie Methanol) aus der Reduktion von Kohlendioxid eine Rolle spielt. Eine gangbare Alternative ist Wasserstoff. Die Produktion von Protonen erfordert, obwohl die Verwendung von Wasser als Elektronenquelle (wie Pflanzen bei der Photosynthese) die Beherrschung der Multielektronenoxidation von zwei Wassermolekülen zu molekularem Sauerstoff erfordert.

In bestimmten Sektoren ist geplant, bis 2050 mit Solarkraftwerken an der Küste von Großstädten zu arbeiten: die Trennung von Meerwasser, das Wasserstoff durch die angrenzenden Brennstoffzellen-Kraftwerke liefert, und das Nebenprodukt Reinwasser, das diese Kraftwerke erzeugt gelangt direkt in das kommunale Wassersystem. Eine andere Vision sieht vor, dass alle menschlichen Strukturen, die die Erdoberfläche bedecken (dh Straßen, Fahrzeuge und Gebäude), die Photosynthese noch effizienter als Pflanzen gestalten.

Die Wasserstoffproduktionstechnologien haben seit den 1970er Jahren aus der Elektrolyse von Photovoltaik- oder photochemischen Zellen angetrieben Neben ein wichtiger Bereich des Solar-chemische Forschung sind auch mehrere thermochemischen Verfahren erforscht. Eine solche Route verwendet Konzentratoren für die Trennung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff bei hohen Temperaturen (von 2,300 bis 2,600 ° C oder 4,200 bis 4,700 ° F).

Ein anderer Ansatz nutzt die Wärme von Solarkonzentratoren, um die Dampfreformierung von Erdgas zu beschleunigen, was die Gesamtwasserstoffausbeute im Vergleich zu herkömmlichen Reformierungsmethoden erhöht. Die thermochemischen Zyklen, die durch die Zersetzung und Regeneration der Reaktanten gekennzeichnet sind, bieten einen anderen Weg für die Erzeugung von Wasserstoff. Das am Weizmann Institute of Science in Entwicklung befindliche Solzinc-Verfahren zersetzt Zinkoxid (ZnO) mit einem 1 MW-Solarofen bei Temperaturen über 1.200 ° C. Diese anfängliche Reaktion erzeugt reines Zink, das anschließend mit Wasser reagieren kann, um Wasserstoff zu erzeugen.

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Geändert am: 15. Mai 2019