Что может служить топливом солнечная
Следуя второму закону термодинамики. Топливо из солнечного света и воздуха
Экспериментальное устройство, способное вырабатывать топливо из солнечного света и воздуха разработали ученые ETH Zurich (Швейцарской высшей технической школы Цюриха). Для проверки жизнеспособности идеи исследователи установили небольшую экспериментальную систему мощностью 5 кВт, своеобразный «мини-завод», на крыше лаборатории.
Новая установка улавливает углекислый газ и влагу из атмосферы и, используя солнечную энергию, преобразовывает ее в синтез-газ, который затем превращается в жидкое топливо. Этот продукт является углеродно-нейтральным, поскольку при его сгорании выделяется ровно столько CO2, сколько было первоначально взято из воздуха.
Второй закон термодинамики имеет несколько формулировок. Одна из них гласит, что невозможен процесс перехода теплоты от тела с более низкой температурой к телу с более высокой. Мы ее упростили, и сказали бы, что лед, растаяв и превратившись в воду сам по себе никогда из воды не возродится.
Первый блок всасывает окружающий воздух и использует адсорбцию для удаления из него углекислого газа и воды, которые поступают во второй блок, где для запуска химических реакций задействуется солнечная энергия.
Параболический концентратор в 3000 раз фокусирует солнечный свет на солнечном реакторе, создавая температуру около 1500°C. Внутри реактора находится керамическая конструкция из оксида церия, которая поглощает кислород из поступающего диоксида углерода и воды, производя водород и оксид углерода – синтез-газ. Полученное соединение можно собирать для использования или направлять в третью установку, где оно превращается в жидкое углеводородное топливо, такое как керосин или метанол.
Предполагается, что промышленная установка будет выглядеть как солнечная тепловая электростанция с полем концентраторов, фокусирующих солнечный свет на центральную башню. Ученые подсчитали, что крупномасштабный завод из десяти таких установок на 100 МВт солнечной энергии, сможет производить 95 000 литров керосина в день. Этого достаточно, чтобы добраться из Лондона в Нью-Йорк и обратно на крумно пассажирском самолёте вроде Airbus A350.
Согласно этим подсчетам, чтобы покрыть всю потребность авиации в керосине потребуется около 45 000 км 2 солнечных электростанций. Тем не менее, высокие первоначальные затраты на создание таких заводов сделают новое топливо более дорогим, чем ископаемые альтернативы, поэтому для их запуска потребуются субсидии и поддержка, что может замедлить их внедрение.
Онлайн — Олимпиада по экологии 2021 года для 1-9 классов, вопросы и ответы
13 сентября стартовала онлайн-олимпиада по экологии для 1-9 классов.
Как вдохновить детей на ответственное отношение к природе и помочь им сформировать экологическое мышление? С помощью олимпиады Учи.ру, которая проходит с 13 сентября по 4 октября 2021 года в рамках нацпроекта «Экология» с АНО «Национальные приоритеты»:
Увлекательное онлайн-состязание для 1–9 классов позволит проверить и углубить знания по окружающему миру, биологии, безопасности жизнедеятельности, а также продемонстрирует влияние человека на природу. Интерактивные задания помогут разобраться в вопросах сокращения количества мусора, использования природных ресурсов, экотуризма, охраняемых природных территорий и биоразнообразия.
В олимпиаде может принять участие любой школьник. Для этого нужно зарегистрироваться на Учи.ру или получить логин и пароль от учителя.
Олимпиада по экологии 2021 года для 1-9 классов, вопросы и ответы
Посадка леса
Посадка леса (1-9 класс). Соответствует направлению «Сохранение лесов», цель которого — сохранение лесного фонда страны, в том числе с помощью их воспроизводства на всех участках вырубленных и погибших лесных насаждений.
Твоя задача — рассадить разные деревья. Изучи особенности посадки каждого вида дерева.
Береза — Нужна соснам и елям для роста; Можно сажать у реки и болота.
Сосна — Не меньше двух деревьев рядом; Только рядом с берёзами; Нельзя сажать у болота.
Ель — Не меньше двух деревьев рядом; Только рядом с берёзами; Нельзя сажать у реки.
Ива — Можно сажать только у реки и болота; Нельзя сажать с соснами и елями.
Дуб — Нельзя сажать с соснами и елями; Нельзя сажать у болота.
Идём в поход
Идём в поход (1-4 класс). Задание рассматривает меры предотвращения пожаров, охраны леса и безопасности жизнедеятельности. Соответствует направлению «Сохранение лесов», цель которого — сохранение лесного фонда страны, в том числе с помощью их воспроизводства на всех участках вырубленных и погибших лесных насаждений.
Привет! Большинство пожаров в лесах происходит по вине человека. Давай проверим, знаешь ли ты правила безопасности в лесу.
Сортировка мусора
Сортировка мусора (1-9 класс). Задание учит рационально использовать природные ресурсы и сокращать отходы.
Соответствует направлению «Утилизация и переработка мусора» нацпроекта «Экология». Цель — создание устойчивой системы обращения с твердыми коммунальными отходами, которая позволит до 2030 года обеспечить в России 100%-ную сортировку мусора.
Дано 6 контейнеров и различного рода мусор, надо этот мусор распределить по контейнерам в следующем порядке:
Батарейка
Батарейка (1-9 класс). Задача посвящена правилам утилизации опасных бытовых отходов. Соответствует направлению «Обезвреживание опасных отходов», цель которого — создание современной инфраструктуры, обеспечивающей безопасное обращение с отходами I и II классов опасности (I класс — ртутьсодержащие отходы II класс — аккумуляторные батареи).
Помни, севшие батарейки нельзя разбирать самому! Их сдают в пункт приёма.
Нажми на каждый элемент севшей батарейки и выбери, как с ним должны поступить.
Магазин
Магазин (1-9 класс). Задание охватывает темы экономии и рационального использования природных ресурсов, сокращения количества отходов. Соответствует направлению «Утилизация и переработка мусора» нацпроекта «Экология». Цель — создание устойчивой системы обращения с твердыми коммунальными отходами, которая позволит до 2030 года обеспечить в России 100%-ную сортировку мусора.
Чем меньше упаковки мы используем в быту, тем лучше.
Для сухих продуктов подходит упаковка из ткани и бумаги.
Все жидкости желательно наливать в свою тару.
Изучи список продуктов и выбери для каждого из них подходящую экологичную упаковку.
Неужели?
Неужели (1-9 класс). Задание посвящено теме охраны природы, рационального использования природных ресурсов, сокращения количества отходов. Соответствует направлению «Экопросвещение», цель которого — создание образовательных программ, направленных на формирование бережного отношения к окружающей среде, снижение количества отходов и обеспечение рационального водопользования.
Могут ли земляные черви есть пищевые отходы?
Нет, не могут. Черви едят только землю. НЕ ВЕРНО
Да, могут. Они едят пищевые отходы, которые превращают в компост на фермах. ВЕРНО
Да, они едят всё. Черви могут есть даже пластик и металл. НЕ ВЕРНО
Что из этого существует на самом деле?
Съедобная посуда. Её делают из риса и желатина в Китае и на Дальнем Востоке. ВЕРНО
Скамейки из бахил. Их делают из использованных бахил. ВЕРНО
Пластмассовые кирпичи. Их делают в Европе из разных видов пластика. ВЕРНО
Как использовать остатки древесины, чтобы помочь природе?
Сделать укрытия для животных. Их ставят в парках разных стран для птиц и насекомых. ВЕРНО
Сжечь. Использовать как дрова для печки или костра. НЕ ВЕРНО
Переработать. Из них делают упаковочную бумагу и картон. ВЕРНО
Что из этого может служить топливом?
Солнечная энергия. ВЕРНО
Растительное масло. ВЕРНО
Стекло или песок. НЕ ВЕРНО
Можно ли переработать нефть и пластик с помощью бактерий?
Да, можно. Некоторые бактерии ими питаются, их используют на разливах нефти в море. ВЕРНО
Да, если их сжечь. Бактерии могут потреблять только золу от этих материалов. НЕ ВЕРНО
Нет, нельзя. Бактерии живут только в человеке и вызывают заболевания. НЕ ВЕРНО
Можно ли превратить пищевые отходы в удобрение?
Нет, нельзя. Пищевые отходы ядовиты для растений. НЕ ВЕРНО
Да, если их сжечь. Зола используется для удобрения растений компост. НЕ ВЕРНО
Да, если сделать. Компост содержит много полезных веществ для питания растений. ВЕРНО
Что из этого существует на самом деле?
Съедобная посуда. Её делают из риса и желатина в Китае и на Дальнем Востоке. ВЕРНО
Шины из бахил и масок. Из использованных бахил и масок делают автомобильные шины. НЕ ВЕРНО
Водяной двигатель. Двигатель, работающий только на воде. НЕ ВЕРНО
Из чего можно делать пластик?
Из глины и руды. НЕ ВЕРНО
Из нефти. ВЕРНО
Из растений. ВЕРНО
Может ли пластиковый мусор исчезнуть сам?
Да, но потребуется очень много времени. ВЕРНО
Нет, не может, он не разлагается совсем и останется на Земле навсегда. НЕ ВЕРНО
Да, некоторый пластик исчезает быстро, существуют виды пластика, разлагающиеся на солнце. ВЕРНО
Что из этого существует на самом деле?
Топливо из торфа и отрубей, его создали российские учёные из Томска. ВЕРНО
Топливо из кофе и шоколада, его создали учёные из Лондона. ВЕРНО
Топливо из водорослей, его разработали в США. ВЕРНО
Можно ли сделать одежду из остатков пищи?
Нет, нельзя, одежду делают только из хлопка и шерсти. НЕ ВЕРНО
Да, можно, волокна для ткани можно делать из молочного белка. ВЕРНО
Нет, сейчас всю одежду делают из синтетического волокна. НЕ ВЕРНО
Могут ли деревья заменить фонари в парке?
Нет, не могут, деревья не могут вырабатывать светящийся пигмент. НЕ ВЕРНО
Да, могут, в лаборатории можно добавить в клетки растений гены медуз, и в растениях появится светящийся белок. ВЕРНО
Да, если на них живут светлячки, можно вырастить сорта деревьев, на которых будут кормиться личинки светлячков. НЕ ВЕРНО
Могут ли животные вырабатывать топливо?
Отпуск мечты
Отпуск мечты (1-9 класс). Задача знакомит с темой экотуризма и туристическими объектами родной страны. Соответствует направлению «Национальные парки и заповедники», цель которого — восстановить численность редких и находящихся под угрозой исчезновения видов животных, создать не менее 24 новых особо охраняемых природных территорий и развить экологический туризм.
Прочитай текст и выбери подходящие ответы вместо пропусков.
Упаковка
Упаковка (5-9 класс) Тема задания — рациональное использование природных ресурсов, вторичное использование перерабатываемых материалов. Соответствует направлению «Экопросвещение», цель которого — создание образовательных программ, направленных на формирование бережного отношения к окружающей среде, снижение количества отходов и обеспечение рационального водопользования.
Некоторые виды упаковки состоят из разных материалов. Такую упаковку можно разделить на части и использовать их повторно.
Разбери отходы на составные части и перетащи их в нужные контейнеры.
Пластиковая бутылка с крышкой:
крышка (полиэтилен) — в контейнер «Пластик для переработки»
бутылка (пластик) — в контейнер «Пластик для переработки»
этикетка (ПВХ) — в контейнер «Пластик не для переработки»
Тюбик от зубной пасты:
крышечка (пластик) — в контейнер «Пластик для переработки»
тюбик (пластик) — в контейнер «Пластик не для переработки»
Папка с ненужными документами:
картон (бумага) — в контейнер «Бумага для переработки»
документы (бумага) — в контейнер «Бумага для переработки»
файл (пластик) — в контейнер «Пластик не для переработки»
Стеклянная бутылка с крышкой:
крышка (алюминий) — в контейнер «Металл для переработки»
бутылка (стекло) — в контейнер «Стекло для переработки»
этикетка (пластик) — в контейнер «Пластик не для переработки»
Контейнер от готовой еды:
пакет (ПНП) — в контейнере «Пластик для переработки»
крышка-этикетка (ПВХ) — в контейнер «Пластик для переработки»
контейнер (ПЭТ) — в контейнер «Пластик для переработки»
Коробка от бытовой техники:
пенопласт (полистирол) — в контейнер «Пластик для переработки»
картон (бумага) — в контейнер «Бумага для переработки»
плёнка (ПНП) — в контейнер «Пластик для переработки»
Баночка от йогурта:
крышечка (алюминий) — в контейнер «Металл для переработки»
баночка (полистирол) — в контейнер «Пластик для переработки»
этикетка (пластик) — в контейнер «Пластик не для переработки»
Упаковка от овощей:
плёнка (пластик) — в контейнер «Пластик не для переработки»
лоток (пластик) — в контейнер «Пластик для переработки»
Супердом
Супердом (5-9 класс). Задание рассматривает рациональное природопользование, экологичный быт, уменьшение количества отходов. Соответствует направлению «Экопросвещение», цель которого — создание образовательных программ, направленных на формирование бережного отношения к окружающей среде, снижение количества отходов и обеспечение рационального водопользования.
Размести в доме предметы и приборы для комфорта людей и экономии природных ресурсов.
Для здоровья организма нужно обязательно пить чистую воду. Выбери подходящий предмет.
Чем меньше упаковки и отходов при приёме пищи, тем лучше состояние биосферы. Выбери подходящий предмет.
Воздух в помещении нужно избавлять от бактерий и вирусов. Выбери подходящий предмет.
Мусор необходимо сортировать на типы и правильно утилизировать. Выбери подходящий предмет.
Контроль за расходом воды помогает сохранять водные ресурсы и энергию. Выбери подходящий предмет.
Температура в жилом помещении должна быть постоянной. Выбери подходящий предмет.
Важно жить и работать при хорошем освещении, но экономить электроэнергию. Выбери подходящий предмет.
Реши проблему
Реши проблему (5-9 класс). Задача посвящена влиянию деятельности людей на экологическую обстановку и воздействию экологических факторов на здоровье человека. Соответствует направлению «Чистый воздух», цель которого — создание системы контроля и мониторинга за выбросами загрязняющих веществ с крупных промышленных предприятий, а также их переход на наилучшие доступные технологии.
В Ананасовой долине построили новый район. Помоги жителям каждого участка решить их проблемы, связанные с воздействием экологической обстановки.
Проблемы 1
Выбери все действия, которые помогут решить проблемы всех жителей на этом экране:
Проблемы 2
Выбери все действия, которые помогут решить проблемы всех жителей на этом экране.
Проблемы 3
Выбери все действия, которые помогут решить проблемы всех жителей на этом экране.
Проблемы 4
Выбери все действия, которые помогут решить проблемы всех жителей на этом экране.
Солнечная энергия — огромный, неисчерпаемый и чистый ресурс
Солнечная выработка электроэнергии представляет собой чистую альтернативу электроэнергии из добываемого топлива, без загрязнения воздуха и воды, отсутствием глобального загрязнения окружающей среды и без каких-либо угроз для нашего общественного здравоохранения. Всего 18 солнечных дней на Земле содержит такое же количество энергии, какая хранится во всех запасах планеты угля, нефти и природного газа. За пределами атмосферы, солнечная энергия содержит около 1300 ватт на квадратный метр. После того, как она достигнет атмосферы, около одной трети этого света отражается обратно в космос, в то время как остальные продолжают следовать к поверхности Земли.
Усредненные по всей поверхности планеты, квадратный метр собирает 4,2 киловатт-часов энергии каждый день, или приблизительный энергетический эквивалент почти барреля нефти в год. Пустыни, с очень сухим воздухом и небольшим количеством облачности, могут получить более чем 6 киловатт-часов в день на квадратный метр в среднем в течение года.
Преобразование солнечной энергии в электричество
Фотоэлектрические (PV) панели и концентрация солнечной энергии (CSP) объектов захвата солнечного света могут превратить его в полезную электроэнергию. Крыши PV панели делают солнечную энергию жизнеспособной практически в каждой части Соединенных Штатов. В солнечных местах, таких как Лос-Анджелес или Феникс, система 5 киловатт производит в среднем 7000 до 8000 киловатт-часов в год, что примерно эквивалентно использованию электроэнергии типичного домохозяйства США.
В 2015 году почти 800 000 фотоэлектрических систем были установлены на крышах домов по всей территории Соединенных Штатов. Крупномасштабные PV проекты используют фотоэлектрические панели для преобразования солнечного света в электричество. Эти проекты часто имеют выходы в диапазоне сотен мегаватт, а это миллионы солнечных панелей, установленных на большой площади земли.
Как работают панели солнечных батарей
Солнечные фотоэлектрические (PV) панели на основе высокой, но удивительно простой технологии, которая преобразует солнечный свет непосредственно в электричество.
В 1839 году французский ученый Эдмонд Беккерель обнаружил, что некоторые материалы будут испускать искры электричества при ударе с солнечным светом. Исследователи обнаружили, что в ближайшее время это свойство, называемое фотоэлектрический эффект, может быть использовано; первая фотоэлектрическая (PV) ячейка изготовлена была из селена в конце 1800-х годов. В 1950 году ученые в Bell Labs пересматривали технологии и, используя кремний, произведенный в фотоэлементы, смогли преобразовать энергию солнечного света непосредственно в электричество.
Компоненты PV ячейки
Наиболее важными компонентами PV ячейки являются два слоя полупроводникового материала, обычно состоящего из кристаллов кремния. Сам по себе кристаллизирующийся кремний является не очень хорошим проводником электричества, поэтому в него намеренно добавляют примеси — процесс, называемый допинг-этап.
Нижний слой из фотоэлементов обычно состоит из легированного борома, который в связке с кремнием создает положительный заряд (p), в то время как верхний слой, легированный фосфором, взаимодействуя с кремнием — отрицательный заряд (n).
Лишние электроны из n-слоя могут покидать свои атомы, тогда как p-слой эти электроны захватывает. Лучи света «выбивают» электроны из атомов n-слоя, после чего они летят в p-слой занимать пустующие места. Таким способом электроны бегут по кругу, выходя из p-слоя, проходя через нагрузку и возвращаясь в n-слой.
беспилотные самолеты на солнечной энергии
Каждая ячейка генерирует очень мало энергии (несколько ватт), поэтому они сгруппированы в виде модулей или панелей. Панели затем либо используются как отдельные единицы или сгруппированы в более крупные массивы.
Переход к электрической системе с большим количеством солнечной энергии дает много преимуществ.
Перовскит «удешевит» солнечную энергию
Еще в 2013 году новость разнеслась по просторам сети: минерал перовскит произведет революцию в солнечной энергетике. Применение вместо кремния перовскита позволит снизить стоимость производства электроэнергии при помощи солнечных батарей. Перовскит (титанат кальция) был обнаружен в начале 19 века в Уральских горах, назван в честь Л.А. Перовского (известного любителя минералов). Как компонент фотоэлемента начал использоваться в 2009 году.
Батареи покрываются инновационным недорогим фотоэлементом, основное достоинство которого в том, что он может конвертировать в энергию намного большее количество частей солнечного света. Перовскиты представляют собой кристаллическую структуру, которая позволяет с максимальной эффективностью впитывать солнечный свет. По предварительным оценкам использование батарей на основе перовскита может снизить стоимость киловатта энергии в семь раз.
«Главное преимущество новых фотоэлементов заключается не столько в эффективности, сколько в том, что материал чертовски дешев. Батареи на основе перовскита, в которых не используется кремний, могут сделать солнечную энергетику по-настоящему массовой».
Солнечная энергия для ЦОД
10 % всей производимой в мире электроэнергии потребляют серверные фермы. Так как энергоэффективные сети и возобновляемые источники энергии сейчас внедряются во всех отраслях, ЦОД не остались в стороне. Негативное влияние серверных ферм на окружающую среду давно уже на устах экологов. Поэтому владельцы дата-центров стремятся к снижению негативного воздействия своих ЦОД, прибегая к передовым энергосберегающим и «зеленым» технологиям выработки электроэнергии, сюда можно отнести фрикулинг, системы локальных генерирующих мощностей на базе возобновляемых источников энергии.
Как выход — солнечная электростанция рядом с серверной фермой, в тех странах, где это позволяют климатические условия. Она идеальна для серверных ферм, которые развернуты в тропиках или субтропиках. Ведь использование солнечных панелей на крыше ЦОД, кроме того что предоставит «зеленую энергию», так еще и поможет уменьшить тепловую нагрузку на здание, так как создаваемая ими тень минимизирует количество поглощаемого крышей тепла. Гелиоэлектростанция снизит общий негативный эффект дата-центра на экологию, и повысит надежность ЦОД расположенных в регионах, где наблюдаются перебои в работе центральной электросети.
крупная электростанция на базе возобновляемых источников энергии рядом с дата-центром Apple в городе Мейден, штат Северная Каролина (США)
Switch совместно с энергетической компанией Nevada Power начала сооружение рядом с Лас-Вегасом солнечной станции Switch Station мощностью 100 МВт. В американских СМИ компанию Switch называют «возмутителям спокойствия» на рынке коммерческих ЦОД, это один из крупнейших игроков, данной отрасли. Компания занимается сооружением и поддержкой datacenter facilities – зданий и и инженерной инфраструктуры без собственно вычислительной аппаратуры, ее основная модель взаимодействия с клиентами – colocation.
крупнейшая в мире гелиотермальная электростанция Айванпа мощностью 400 МВт
В 2015 году США и Япония начали разрабатывать новый механизм электроснабжения ЦОД за счет солнечной энергии. Проект предполагает исследование новых возможностей «… использования связки генерирующих мощностей на базе солнечной энергии и систем класса HVDC (высокое напряжение постоянного тока), применяемых для распределения генерируемой солнечными батареями электроэнергии на уровне ЦОД». Такое комбинирование HVDC и солнечных панелей даст возможность развернуть единую систему резервного электропитания на базе аккумуляторных батарей, при этом можно будет экономить на капитальных и эксплуатационных расходах.
Интересно
Немецкий архитектор Андре Броезель из компании Rawlemon создал солнечую батарею в форме движущего стеклянного шара. Он называет его генератором нового поколения, который будет ловить максимальное количество лучей, так как он оснащен системой отслеживания перемещения солнца и датчиками смены погоды, а это на 35 % эффективней в сравнении с стандартными солнечными батареями.
Японская энергетическая компания Shimizu Corporation в 2015 году обьявила о своем намерение построить крупную солнечную электростанцию на естественном спутнике нашей планеты — Луне. Электростанция в виде колец с солнечными батареями будет опоясывать Луну по примеру планеты Сатурн и передавать энергию на Землю. От такой солнечной станции Shimizu Corporation ожидает 13 тысяч тераватт энергии/ год. Еще не известна стоимость и дата начала такого космического строительства.
В институте прогрессивной архитектуры в Каталонии разработали солнечную панель, которая может функционировать на растениях, мхе и почве. Плюсом такой технологии является отказ от опасных токсичных материалов и тяжелых металлов в производстве солнечных панелей. Тут используются специальные бактерии в крохотных топливных ячейках, размещенных в земле под корнями растений. Бактерии нужны для выработки дешевой энергии в мини-батареях. Растения будут обеспечивать жизненный цикл бактерий, а вода служить в качестве подпитки для всей системы. Такая инновационная система может работать на территориях, где солнечного света не так уж и много, если заменить растения мхом, так как он может расти в тени.