Napenergia vegyi energiává: mit, hogyan kell átalakítani, példák és tények

Ebben a cikkben elemezzük a napenergiát kémiai energiaátalakítási példákkal és annak egyéb vonatkozásaival.  

A fotoszintézis a napenergia (a Napból származó könnyű tüzelőanyag) kémiai tüzelőanyaggá (glükóz vagy más szerves molekulák egy formája) való átalakítása. Ez a kloroplasztiszokban történik. A klorofill a növényekben található zöld anyag. 

A fotoszintézis lehetővé teszi a növények számára, hogy napfény és klorofill jelenlétében szén-dioxidból és páratartalomból saját táplálékot hozzanak létre. Ez az eljárás oxigén felszabadulását és glükóz termelését eredményezi. A glükóz tárolható, keményítővé alakítható, vagy légzésre használható. A fotoszintézist fák, cserjék, füvek és algák alkalmazták, még akkor is, ha ősidők óta. Ezt úgy érik el, hogy sejtjeikben klorofill szerves pigmentet termelnek.

A napfény segítségével a klorofill tartalmú növényi részek a szén-dioxidot (CO2) és a nedvességet oxigénné és glükózzá alakítják. A növény glükózból nyeri az energiát, és az oxigén távozik. Ennek eredményeként az erdőket gyakran „zöld tüdőnek” nevezik. A mesterséges fotoszintézis arra törekszik, hogy olyan legyen, mint a természetes megfelelője. Lényegében arról van szó, hogy „csupán” a vizet hidrogénre és oxigénre választják szét a napfény felhasználásával, ahelyett, hogy glükózt termelnének.  

A keletkezett hidrogént ezután tüzelőanyagként, például üzemanyagcellás autók meghajtására használhatjuk, vagy valóban felhasználható szénhidrogének, például metán (a szerves gáz elsődleges eleme), etán, propán vagy akár (folyékony) szintetizálására. ) oktánszámú.  

 

 Hogyan lehet a napenergiát kémiai energiává alakítani? 

A fényenergia kémiai energiává alakul. Amikor egy fotoszintetikus aktív hely speciális klorofillmolekulája fotokémiailag energiával ellátott, egy elektront ad fel egy oxidációs reakció során, a könnyű tüzelőanyag kémiai tüzelőanyaggá alakul. 

A klorofill pigment egyik részecskéje egy fotont szív fel, és egy elektront ad fel az izzási reakciókban. Ez az elektron a feofitinbe kerül, a klorofill egy megváltozott formájába, amely az elektront egy kinonmolekulához vezeti, lehetővé téve egy elektronfolyam kezdetét az elektrontranzit szekvencia alatt, amely végső soron hozzájárul a NADP NADPH-vá történő redukálásához. 

Ez egy proton lejtőt is létrehoz a kloroplaszt membránban, amelyet az ATP-szintáz az egyidejű ATP-szintézishez használ fel. A klorofill molekula egy elektront nyer vissza a vízmolekulából egy fotolízis néven ismert eljárással, amely a dioxigén (o2) molekula képződését eredményezi. 

Mikor alakul át a napenergia vegyi energiává? 

Amikor egy 700 nm-nél kisebb hullámhosszú foton elnyelődik, a klorofill molekula nagy energiájú elektront ad át, amelyet arra használnak fel, hogy egy hidrogéniont kényszerítsenek végig a kloroplaszt tilakoid membránján. Ez kemiozmotikus potenciál kialakulását eredményezi a membránon keresztül. A membránba beágyazott sok részecske különféle funkciókat lát el azáltal, hogy lehetővé teszi a hidrogénionok ellenkező irányú áramlását.

A fő dolog, ami itt történik, az, hogy a NADP+ NADPH-vá alakul. A sejt-sejt eljárásokban a NADPH általános energiaforrásként szolgál. A NADPH-t a növények a CO2 szénhidráttá alakítására használják.  

A napenergia kémiai energiává való átalakítási folyamata 

Fotoszintézis kloroplasztiszokban fordul elő, amelyek egyedülálló növényi sejtek, amelyek a lombozatban találhatók. A különálló kloroplaszt hasonlít a fotoszintézis alapvető összetevőivel megtöltött zacskóhoz. Tartalmazza a növény gyökereiből elfogyasztott vizet, a levelek által elfogyasztott légköri szén-dioxidot, valamint a tilakoidokba zárt klorofillt, amelyek gyűrött, labirintusszerű organellumok. 

A klorofill az igazi fotoszintézis katalizátor. Ez a fényérzékeny molekula szükséges ahhoz, hogy a cianobaktériumok, planktonok és szárazföldi növények beindítsák a folyamatot. 

Mivel a klorofillmolekulák nagyon rosszul szívják fel a zöld sugarakat, apró fényvisszaverőkként jelenítik meg azt, amitől szemünk a legtöbb levelet zöldnek érzékeli. Csak ősszel, a kloroplasztiszok lebomlása után láthatjuk a karotinoid pigmentek által generált végtelen sárga és narancssárga árnyalatokat. 

Hogyan alakítsuk át a napenergiát kémiai energiává otthon?

Valószínűleg hallottál már a PV-ről, amelyet napelemekben használnak. Amint a nap felragyog egy napelem panelen, az áramot a tábla napelemei veszik fel. Ez az energia elektromos töltéseket hoz létre, amelyek a cellában lévő beépített elektromos mező hatására haladnak, és elektromos áramlást okoznak.  

A reflektorok arra szolgálnak, hogy megjelenítsék és elindítsák a teljes napfényt a befogadókra, amelyek felhalmozzák a napenergiát, és gőzzé alakítják, amelyet aztán üzemanyag előállítására vagy utólagos felhasználásra felhalmozhatnak. Leginkább nagyon nagy villanyerőművekben használják. 

 A napenergia-innováció nem ér véget a PV vagy CSP rendszerek elektromos energia korszakával. Ezeket a fotovoltaikus energiaplatformokat be kell építeni lakóházakba, vállalkozásokba és beépített áramelrendezésekbe, különféle hagyományos és környezetbarát energiaforrások felhasználásával. 

a napenergia kémiai energiává
a napenergia kémiai energiává

Példák a napenergiáról a kémiai energiára 

A napenergia néhány népszerű alkalmazása a következőket tartalmazza: 

  • A szoláris vízmelegítés a napenergia gyakori példája
  • Fotovoltaikus cellák
  • Napelemes technológia
  • Világítás a Napból 
  • Solar Rooftop 

A szoláris vízmelegítés a napenergia gyakori példája

Sokan nincsenek tisztában azzal, hogy a szoláris vízkazánok és a napelemes térkazánok drágák és jobb módjai annak, hogy otthonokat gőzöljenek anélkül, hogy napelemes táblákat kellene beépíteni. A napenergiával működő térfűtők atmoszférát vagy vizet használnak a nap energiájának fűtési tüzelőanyaggá való átalakítására. A vizet viszont hőhordozóként használják a szoláris vízmelegítőkben. Aktív és passzív fotovoltaikus fűtőrendszerek állnak rendelkezésre.

A szivattyúkat olyan berendezésekben használják, amelyek lehetővé teszik a víz mozgását és ezáltal hőtermelést. Ezzel szemben a passzív rendszerek a természetes keringésre támaszkodnak. A teljes úszómedence hihetetlenül alacsony költségű fűtésének kapacitása megkülönbözteti a termikus fűtési rendszereket más fűtőberendezésektől, például az olaj- és gázjárókerekektől. 

Fotovoltaikus cellák 

A napelemeket számos eszköz táplálására használják, a számológépektől a teljes iparágakig. Annak ellenére, hogy az apró cellákat régóta használják kis eszközök, például számológépek megerősítésére, a nagy cellák az elmúlt években betörtek az iparba. A nagy cellák elég erősek ahhoz, hogy egész házat ellátjanak. 

Környezetbarátságuk miatt hidegen hozzájárulnak az energiához. Nemcsak hosszú élettartamúak, de kevés karbantartást igényelnek, és hosszú távon viszonylag olcsók. 

Napelemes technológia 

Az elektronika ma már olyan funkciókat is tartalmaz, amelyek lehetővé teszik a napelemes töltést. A népszerű magyarázat a napelemes csatlakozó, amivel a táblagépektől a mobiltelefonokig bármit feltölthetünk. Napelemes lámpák is kaphatók ma már, és egyszerűen napfény hatására tölthetők. 

Mivel egyre nagyobb hangsúlyt fektetnek a megújuló sugárzásra, nem kétséges, hogy sokan elkezdik a napenergiát olyan összetevőkért, amelyeket a napfény táplálhat. Az Apple készülék azt szemlélteti, hogyan használták sikeresen a napenergiát egy elektronikus kütyü energiaellátására. A hagyományos óra mellett egy Apple készüléket sem kell minden nap tölteni. 

Világítás a Napból 

Ezek az ingatlantulajdonosok gyakran javítják ingatlanaik stilisztikai jelentőségét és termelékenységét a külső napelemes megvilágítás integrálásával. A napelemes lámpa a klasszikus külső megvilágítás kivételével nem igényel speciális telepítést, de mivel a lámpák vezeték nélküli fejlett technológiát alkalmaznak, és egész nap beágyazzák a nap energiáját, így nincs szükség a jellemzően éjszakai áramellátásra. 

Mivel a napelemes lámpák nem olyan elterjedtek, mint a napelemek, gyorsan felzárkóznak az intelligens háztartási fűtési rendszerekhez és a LED-lámpákhoz, mint energiahordozókhoz, amelyek valóban támogathatják az energiaszámlák csökkentését. 

Solar Rooftop 

Az iparágban jelenleg elérhető eszközök széles skálája miatt a legtöbb ember figyelmen kívül hagyja a napenergia legfontosabb felhasználását, amely a tetőtéri napelem. Mivel a szoláris hatóságnak számos alkalmazási területe van, mint például az akkumulátorok táplálása és a repülés, fontos szerepet játszhat a szén-dioxid-lenyomatok és az energiaszámlák csökkentésében is. Egy tetőtéri napelemes rendszer évente több ezer készpénzt takaríthat meg a lakosok számára. 

Amikor a napelemes tüzelőanyagra való átállást fontolgatja, fontolja meg a lehetséges napenergia-megtakarítások kiszámítását, és határozza meg, hogy a napelemes eszközök finanszírozása milyen hatással lehet háztartása pénzügyeire. 

Jó ötlet kis termékek és háztartási kiegészítők használata lakóhelye termelékenységének növelésére. Hosszú távon azonban a napelemes tábla telepítése a legjobb módja a villanyszámlák és a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésének. 

Napenergia vs kémiai energia 

A napfény kémiai reakciót vált ki, amely energiát biztosít a növények növekedéséhez. A kémiai energia a vegyületek, például a szubatomi részecskék és molekulák közötti kötésekben rejlő elektromosság. A kémiai reakció olyan folyamat, amelynek során az atomok átalakulnak egy kémiai változás következtében, ami valószínűleg új anyag képződését eredményezi. 

A nedvesítőt hidrogénre és oxigénre osztják a napenergiából származó energia felhasználásával az egy technikában. A napelemeken keresztül történő nappali fényelvonás és a nedvesség elektrolízis olyan eljárások, amelyek (elméletileg) egyedileg is végrehajthatók. Ennek ellenére, ahogy Andreas Borschulte leírja, nagyon apró szinten össze lehetne vonni őket. A fotoelektrokémiai cellákban, amelyeket PEC-celláknak is ismernek, ezt fotoelektrolízisnek nevezik. Az Empa tudósai 2014-ben fedeztek fel egy PEC sejtet. Vegyünk egy nedvességtartályt, amely fotoanóddal és fordított elektródával van felszerelve. A fotoanód elnyeli a napfényt, és elektromos áramot termel, amelyet a víz megosztására használnak fel.

Következtetés

Ezenkívül a napelemes világításhoz rengeteg extravagáns világítási klaszter tartozik, amelyek jelentősen javíthatják bármely ingatlan szabadtéri megjelenését. Ezek a világítástechnikai termékek olcsók és széles körben beszerezhetők a helyi kiskereskedelmi üzletekben. A közúti lámpák elterjedtsége manapság alacsony költségüknek és könnyű elérhetőségüknek köszönhető. 

Is Read: