Információ

Hogyan tárolják a növények az energiát a kálium akkumulátorral?


A növények energiatárolásra/beszélgetésre úgynevezett kálium akkumulátor rendszerrel rendelkeznek. A Wikipédián csak egy műszaki cikkre van hivatkozás. Valaki el tudja magyarázni laikus nyelven (vagy hivatkozzon egy nem műszaki cikkre)?


Egy laikus kísérletet teszek rá, amolyan "ELI5" megközelítésben. Remélem, a hasonlat nem túl leegyszerűsítő, és kérem, ne vegye túl szó szerint.

Hogyan használják a növények a K+?

A növények irányítják K+ koncentrációt, és végezzen munkát az üzemen belül a K szivattyúzásával+ különböző rekeszek között. Mivel a víz hajlamos követni az oldott anyagok koncentrációját (ozmózis), a növények például vizet szívnak magukba a kálium mozgatásával.

(Megjegyzés: az állati sejtek valami hasonlót csinálnak: az idegrendszer, a vesék, az emésztőrendszer és más sejtek/szervek így látják el funkcióikat, de különböző ionokat vagy ionkombinációkat használnak)

Néhány emberi tevékenység analógiája

Mindezt mozgatva K+ a környék sok energiát igényel. A koncentrációs gradiens létrehozása olyan, mint a víz felfelé pumpálása: belefektetsz egy kis energiát, de ezt az energiát úgy tárolod. helyzeti energia a lefelé visszafolyó vízre, vagy a koncentrációgradiensük ellenében visszaáramló ionokra (vagy a másik irányba áramló vízre). De általában a növények ezt használják erre energiát költeni hasznos dolgokra, nem pedig tárolási mód. Mintha felpumpálnák a vizet a dombra, majd hasznos érceket vagy fűrészárut úsztatnának egy hajón, miközben az visszafolyik a dombról.

Mi történik valójában, amit a Wikipédia növényként ír le "K+ akkumulátor"

A Wikipédián idézett cikk (Gajdanowicz et al, 2011) azonban azt mutatja, hogy a növények néha kihasználják a káliumionok mobilitását, segítse a H+ ATPáz az az energiatárolás egy másik formája. A növények H-t használnak+ (proton) koncentráció gradiensek, hasonlóan ahhoz, ahogyan a K-t használják+ koncentráció gradiensek, de ezeket használják a különböző folyamatok működtetésére az üzemben. Olyan, mint két különböző típusú akkumulátor.

Térjünk vissza a hasonlathoz, és miért hasznos ez a növény számára

Általában mindkét H+ gradiensek és K+ A gradienseket ATP hajtja, amely közvetve fotoszintézis útján keletkezik: gondoljunk úgy, mint az erőmű széntüzelésű erőműve. K konvertálása+ koncentráció gradiensek H-ig+ A koncentrációs gradiensek olyanok, mintha a hegyről felpumpált vizet használnák egy vízierőmű áramellátására, amely egy autó akkumulátorát tölti. A növény számára az az előnye, hogy K+ könnyen mozgatható, az erőmű a domb körül bárhol képes táplálni azokat a vízi erőműveket, és ez előnyös lehet, ha az erőmű egy adott részén kevés más energiaforrás van.


Hogyan tárolják a növények az energiát a kálium akkumulátorral? - Biológia

Minden élőlénynek energiára van szüksége a működéséhez. Míg a különböző organizmusok eltérő módon szerzik meg ezt az energiát, ugyanúgy tárolják (és használják fel). Ebben a részben az ATP-ről – az életenergiáról – ismerkedünk meg. Az ATP az, ahogyan a sejtek energiát tárolnak. Ezek a tárolómolekulák a mitokondriumokban, az eukarióta sejtekben található apró organellákban termelődnek, amelyeket néha a sejt "erőművének" neveznek.

Mitokondriális betegségek orvosa

Mi történik, ha a sejtlégzés kritikus reakciói nem haladnak megfelelően? A mitokondriális betegségek az anyagcsere genetikai rendellenességei. A mitokondriális rendellenességek a nukleáris vagy mitokondriális DNS mutációiból származhatnak, és a testsejtekben normálisnál kevesebb energia termelését eredményezik.

A 2-es típusú cukorbetegségben például a NADH oxidációs hatékonysága csökken, ami befolyásolja az oxidatív foszforilációt, de nem befolyásolja a légzés többi lépését. A mitokondriális betegségek tünetei közé tartozik az izomgyengeség, a koordináció hiánya, a stroke-szerű epizódok, valamint a látás- és hallásvesztés. A legtöbb érintett embert gyermekkorban diagnosztizálják, bár vannak felnőttkori betegségek is.

A mitokondriális rendellenességek azonosítása és kezelése egy speciális orvosi terület. Az erre a szakmára való oktatási felkészítéshez főiskolai végzettség szükséges, ezt követi az orvosi egyetem orvosi genetikai specializációval. Az orvosgenetikusok megkaphatják az American Board of Medical Genetics tanúsítványát, és a mitokondriális betegségek tanulmányozásával foglalkozó szakmai szervezetekkel, például a Mitochondrial Medicine Society-vel és a Society for Herited Metabolic Disease-szel társulhatnak.

Tanulási eredmények

Mutassa be, hogy a sejtek hogyan tárolják és továbbítják a szabad energiát az ATP segítségével

Egy élő sejt nem tud jelentős mennyiségű szabad energiát tárolni. A felesleges szabadenergia a hő növekedését eredményezné a sejtben, ami túlzott hőmozgást eredményezne, amely károsíthatja, majd tönkreteheti a sejtet. Inkább egy sejtnek képesnek kell lennie arra, hogy ezt az energiát úgy kezelje, hogy a sejt biztonságosan tárolja az energiát, és csak szükség szerint adja fel felhasználásra. Az élő sejtek ezt az adenozin-trifoszfát (ATP) vegyület használatával érik el. Az ATP-t gyakran a sejt „energiavalutájának” nevezik, és a pénzhez hasonlóan ez a sokoldalú vegyület is felhasználható a sejt energiaszükségletének kielégítésére. Hogyan? Az újratölthető akkumulátorhoz hasonlóan működik.

Amikor az ATP lebomlik, általában a terminális foszfátcsoport eltávolításával, energia szabadul fel. Az energiát a sejt munkájára használja fel, általában a felszabaduló foszfát egy másik molekulához kötődik, aktiválva azt. Például az izomösszehúzódás mechanikai munkája során az ATP biztosítja az energiát a kontraktilis izomfehérjék mozgatásához. Emlékezzünk vissza a nátrium-kálium pumpa aktív transzport munkájára a sejtmembránokban. Az ATP megváltoztatja a pumpaként funkcionáló integrált fehérje szerkezetét, megváltoztatva a nátriumhoz és káliumhoz való affinitását. Ily módon a cella munkát végez, ionokat pumpálva elektrokémiai gradienseik ellen.


A növények kémiai összetétele

A növények vízből, széntartalmú szerves anyagokból és nem széntartalmú szervetlen anyagokból, például káliumból és nitrogénből állnak.

Tanulási célok

Ismertesse a növények kémiai összetételét!

Kulcs elvitelek

Főbb pontok

  • A víz a növény teljes tömegének nagy százalékát teszi ki, és a sejtszerkezet támogatására, az anyagcsere-funkciókra, a tápanyagok szállítására és a fotoszintézisre szolgál.
  • A víz felszívódik a talajból a gyökérszőrökön keresztül, és a xilémen keresztül eljut a növény többi részéhez.
  • Számos alapvető szerves és szervetlen tápanyag szükséges a növények életének fenntartásához.

Kulcsfontossagu kifejezesek

  • organikus: a szénvegyületekre, a természetes termékekre vonatkozik
  • szervetlen: olyan vegyületre vonatkozik, amely nem tartalmaz szenet
  • xylem: szárazföldi növények érszövete, amely elsősorban a víz és a gyökerek által felvett ásványi anyagok elosztásáért felelős, egyben a fa elsődleges összetevője
  • párologtatás: a szárazföldi növények párolgásából eredő vízveszteség, különösen a sztómákon keresztül, amelyet a gyökerekből történő megfelelő felvétel kísér

A növények kémiai összetétele

Víz

Vízfelvétel a gyökerek által: A víz felszívódik a gyökérszőrökön keresztül, és felfelé halad a xylemen a levelekhez.

Mivel a növények tápanyagokat igényelnek olyan elemek formájában, mint a szén és a kálium, fontos megérteni a növények kémiai összetételét. A növényi sejt térfogatának nagy része víz, általában a növény teljes tömegének 80-90 százalékát teszi ki. A talaj a szárazföldi növények vízforrása. Bőséges vízforrás lehet, még akkor is, ha száraznak tűnik. A növényi gyökerek a gyökérszőrszálakon keresztül felszívják a vizet a talajból, és a xylemen keresztül eljuttatják a levelekhez. Ahogy a vízgőz elvész a levelekből, a vízmolekulák transzspirációs folyamata és polaritása (amely lehetővé teszi számukra hidrogénkötések kialakítását) több vizet von el a gyökerektől a növényen keresztül a levelekig. A növényeknek vízre van szükségük a sejtszerkezet fenntartásához, az anyagcsere-funkciókhoz, a tápanyagok szállításához és a fotoszintézishez.

Tápanyagok

A növényi sejteknek alapvető anyagokra, összefoglaló néven tápanyagokra van szükségük az élet fenntartásához. A növényi tápanyagok szerves vagy szervetlen vegyületekből állhatnak. A szerves vegyület olyan kémiai vegyület, amely szenet tartalmaz, például a légkörből nyert szén-dioxidot. A légköri CO-ból nyert szén2 a legtöbb növény száraz tömegének nagy részét alkotja. Egy szervetlen vegyület nem tartalmaz szenet, és nem része élő szervezetnek, és nem is az általa termelt. A szervetlen anyagokat (amelyek a talaj anyagának nagy részét képezik) általában ásványi anyagoknak nevezik: a növények számára szükséges a nitrogén (N) és a kálium (K), amelyek a szerkezethez és a szabályozáshoz szükségesek.


Kálium a növényekben és a talajban

Intelligens műtrágya

Csatlakozzon fórumunkhoz most és
Tegyen fel bármilyen kérdést INGYEN
Legyen tagja a Smart Fertilizer Knowledge Hubnak
Növényi táplálkozási szakértők közössége Köszönjük, hogy csatlakozott, és üdvözöljük fórumunkon!

Csatlakozzon fórumunkhoz most és
Tegyen fel bármilyen kérdést INGYEN
Legyen tagja a Smart Fertilizer Knowledge Hubnak
Növényi táplálkozási szakértők közössége Köszönjük, hogy csatlakozott, és üdvözöljük fórumunkon!

A kálium elengedhetetlen növényi tápanyag és nagy mennyiségben szükséges a növények megfelelő növekedéséhez és szaporodásához. A kálium a nitrogén után a második helyen áll, amikor a növények számára szükséges tápanyagokról van szó, és általában „minőségi tápanyagnak” tekintik.

Befolyásolja a növény alakját, méretét, színét, ízét és az egészséges termésnek tulajdonított egyéb mértékeket.


Energiatárolási technológiák

A különböző energiatárolási technológiák hozzájárulnak a villamos energia stabilitásához azáltal, hogy a hálózat különböző szakaszaiban működnek, a termeléstől a fogyasztói végfelhasználásig.

Termikus tárolás

A hőtárolót villamos energiára használják generáció a napenergia felhasználásával, még akkor is, ha nem süt a nap. A koncentráló szoláris növények képesek felvenni a nap hőjét, és az energiát vízben, olvadt sókban vagy más folyadékokban tárolni. Ezt a tárolt energiát később elektromos áram előállítására használják fel, ami lehetővé teszi a napenergia felhasználását naplemente után is.

Az ehhez hasonló növények jelenleg Kaliforniában, Arizonában és Nevadában működnek vagy javasoltak [4]. Például a kaliforniai Blythe-ben tervezett Rice Solar Energy Project olvadt sótároló rendszert használ majd egy koncentrált napelemtoronnyal, hogy évente körülbelül 68 000 otthont biztosítson árammal [5].

Hőtárolási technológiák is léteznek végfelhasználás energia tároló. Az egyik módszer a víz éjszakai lefagyasztása csúcsidőn kívüli villamos energia felhasználásával, majd a tárolt hideg energia felszabadítása a jégből, hogy segítse a nappali légkondicionálást [6].

Például az Ice Energy Ice Bear rendszere éjszaka jégtömböt hoz létre, majd nappal a jeget a légkondicionáló rendszer hűtőközegének kondenzálására használja [7]. Ily módon az Ice Bear rendszer az épület áramfogyasztását a nappali csúcsról a csúcsidőn kívüli időszakra tolja el, amikor az áram olcsóbb. Ezen túlmenően a Bonneville Power Administration kísérleti programot hajt végre a túlzott szélenergia lakossági vízmelegítőkben való tárolására [8].

Sűrített levegő

A sűrített levegős energiatároló (CAES) úgy is működik, mint a generáció tárolási technológia a sűrített levegő rugalmas potenciális energiájának felhasználásával a hagyományos gázturbinák hatékonyságának javítására.

A CAES-rendszerek csúcsidőn kívül elektromos áram felhasználásával sűrítik a levegőt, majd földalatti barlangokban tárolják a levegőt. A csúcsigény idején a levegőt kiszívják a tárolóból, és földgázzal égetik el egy égetőturbinában, hogy villamos energiát állítsanak elő [9]. Ez a módszer a hagyományos módszerekben használt földgáznak csak egyharmadát használja fel [10]. Mivel a CAES üzemek valamilyen földalatti tározót igényelnek, helyük korlátozza őket. Jelenleg két kereskedelmi CAES üzem működik a németországi Huntorfban és az alabamai MacIntoshban, bár az Egyesült Államok más részein is javasoltak üzemeket.

A hidrogén szén-dioxid-mentes üzemanyagként használható generáció. A többlet elektromosság felhasználható hidrogén előállítására, amely tárolható és később felhasználható üzemanyagcellákban, motorokban vagy gázturbinákban elektromos áram előállítására káros kibocsátás nélkül [11]. Az NREL tanulmányozta a szélenergiából történő hidrogén előállításának és a szélturbina tornyokban történő tárolásának lehetőségét villamosenergia-termelés céljából, amikor nem fúj a szél [12].

Szivattyús hidroelektromos tároló

A szivattyús vízi tároló módot kínál az energia tárolására a hálózatban terjedés szakaszban, a többletgeneráció eltárolásával későbbi felhasználásra.

Sok vízi erőműben két különböző magasságú tározó található. Ezek az üzemek úgy tárolják az energiát, hogy vizet pumpálnak a felső tartályba, amikor a kínálat meghaladja a keresletet. Amikor a kereslet meghaladja a kínálatot, a vizet az alsó tározóba engedik lefelé, turbinákon keresztül, hogy áramot termeljenek.

Az Egyesült Államokban több mint 22 GW beépített kapacitásával a szivattyús hidrotároló a jelenleg működő legnagyobb tárolórendszer [13]. A hosszú engedélyezési folyamat és a szivattyús tárolás magas költsége azonban valószínűtlenné teszi a további projekteket.

A lendkerekek számos előnyt nyújthatnak a rács számára terjedés vagy terjesztés szinten, forgó massza formájában tárolva az elektromosságot.

Az eszköz henger alakú, és egy nagy rotort tartalmaz a vákuumban. Amikor a lendkerék energiát vesz fel a hálózatról, a rotor nagyon nagy sebességre gyorsul, és az elektromosságot forgási energiaként tárolja. A tárolt energia kisütéséhez a forgórész termelési üzemmódba kapcsol, lelassul, és tehetetlenségi energiával működik, így visszaadja a villamos energiát a hálózatba [14].

A lendkerekek általában hosszú élettartamúak és kevés karbantartást igényelnek. Az eszközök nagy hatásfokkal és gyors válaszidővel is rendelkeznek. Mivel szinte bárhol elhelyezhetők, a lendkerekek a fogyasztók közelében helyezhetők el, és elosztják az áramot.

Míg egyetlen lendkerekes berendezés tipikus kapacitása kilowatt nagyságrendű, addig egy „lendkerékfarmban” sok lendkerék csatlakoztatható, így egy megawatt nagyságrendű tárolóhely jön létre [15]. A Beacon Power New York-i Stephentown lendkerekes energiatároló üzeme az Egyesült Államok legnagyobb lendkerekes létesítménye, 20 MW üzemi kapacitásával [16].

Az elemek, akárcsak a zseblámpákban vagy a mobiltelefonokban lévők, nagy mennyiségben energiatárolásra is használhatók.

A lendkerekekhez hasonlóan az akkumulátorok is bárhol elhelyezhetők, így gyakran tárolóhelynek tekintik őket terjesztés, amikor az akkumulátor létesítmény a fogyasztók közelében található az energia stabilitása érdekében vagy végfelhasználás, mint az elektromos járművek akkumulátorai.

Számos különféle típusú akkumulátor létezik, amelyek nagy energiatároló potenciállal rendelkeznek, beleértve a nátrium-kén-, fém-levegő-, lítium-ion- és ólom-savas akkumulátorokat. A szélerőművekben számos akkumulátort telepítenek, köztük a texasi Notrees Wind Storage Demonstration Project projektet, amely 36 MW-os akkumulátort használ az áramellátás stabilitásának biztosítására akkor is, ha nem fúj a szél [17].

Az akkumulátortechnológiák fejlődése nagyrészt az elektromos járművek (EV) iparának növekedésének köszönhető. Ahogy egyre több fejlesztés történik az elektromos járművekkel kapcsolatban, az akkumulátorok költségének továbbra is csökkennie kell [18]. Az elektromos járművek az energiatárolásra is hatással lehetnek a jármű-hálózatra technológián keresztül, amelynek során akkumulátoraik a hálózathoz csatlakoztathatók, és mások számára kisüthetik az energiát.


Az alternatív energia jövője

A spanyolországi Granada közelében jelenleg több mint 28 000 tonna só áramlik a csöveken keresztül az Andasol 1 erőműben. Ezt a sót egy sürgető, de nyilvánvaló probléma megoldására fogják használni a napenergiával kapcsolatban: Mit csinálsz, amikor nem süt a nap, és éjszaka?

A válasz: tárolja a napfényt hőenergiaként egy ilyen esős napra.

Az úgynevezett parabolikus vályúú napenergia-termikus erőmű részét képező sók hamarosan hozzásegítik a létesítményt az éjszakai és mdashliterális megvilágításhoz. Mivel a legtöbb só csak magas hőmérsékleten olvad meg (például az asztali só körülbelül 1472 Fahrenheit-fokon vagy 800 Celsius-fokon), és nem válik gőzzé, amíg jelentősen fel nem melegszik, és sok napenergia tárolására használható. hőség. Egyszerűen használja a napfényt a sók felmelegítésére, és helyezze az olvadt sókat a víz közelébe egy hőcserélőn keresztül. A forró gőz ezután a turbinák forgatására késztethető anélkül, hogy túl sok veszítene az eredetileg elnyelt napenergiából.

Az egyébként műtrágyaként használt nátrium- és kálium-nitrát sók és mdasha keveréke elegendő mennyiségű naphőt tárol ahhoz, hogy az erőmű a naplemente után közel nyolc órán keresztül áramot tudjon szivattyúzni. "7,5 óra elegendő az 50 megawatt teljes kapacitású energia előállításához" - mondja Sven Moormann, az Andasol erőművet fejlesztő német Solar Millennium, AG szóvivője. "A termelési óra közel kétszerese [egy nap-termikus] erőműnek, tárolás nélkül, és lehetőségünk van villamosenergia-termelésünk tervezésére."

Tükrök használata a napenergia koncentrálására Ez egy régi trükk, és az ókori kínaiak és görögök is használták tüzek gyújtására, és a modern erőművek, amelyek ezt alkalmazzák, jelentős megújuló energiaforrást jelenthetnek üvegházhatású gázok kibocsátása nélkül.

Ez már önmagában is előrelépés, de az ilyen erőművek csak akkor termelnek energiát, ha süt a nap. A mérnökök tehát számos különféle technológiát kipróbáltak a napenergia tárolására, hogy az ilyen erőműveket szélesebb körben lehessen alkalmazni. Kipróbálták az akkumulátorokat, de a bevitt energiából túl sok nem kerül vissza, és általában túl drágák a Golden, Colo-i Nemzeti Megújuló Energia Laboratórium (NREL) elemzése szerint. A levegő sűrítése vagy a víz felfelé szivattyúzása ígéretesebb, de ennek lehetőségét korlátozza a barlangok száma, valamint a rendelkezésre álló víz és tározók.

A 435 Fahrenheit-fok (224 Celsius-fok) feletti hőmérsékleten megolvadó sók azonban akár az energia 93 százalékát is visszaadhatják, ráadásul a sók mindenütt jelen vannak, mivel műtrágyaként alkalmazzák őket.

"Van egy kifejezés, az úgynevezett oda-vissza út hatékonysága. Alapvetően ez annak mértéke, hogy mennyi villamos energia keletkezik, ha a megtermelt hőenergiát először tárolják, majd felhasználják, összehasonlítva azzal, hogy az energiát közvetlenül veszik. Ez a szám körülbelül 93 százalék” – magyarázza Greg Glatzmaier, az NREL vezető mérnöke. "[Az olyan dolgoknál, mint a sűrített levegő és a mechanikus típusú tárolás, jelentősebb a veszteség," átlagosan legalább 20 százalék az összes technológia esetében.

A mintegy 380 millió dollárba (300 millió euróba) kerülő Andasol 1 erőmű az első, amely ténylegesen alkalmazza a technológiát, így nem tudni, hogyan fog működni a kereskedelmi gyakorlatban. De az Egyesült Államok kormányzati laboratóriumai és mdashNREL, valamint az albuquerque-i Sandia National Laboratory (N.M.&mdash) már bebizonyították, hogy a technológia működhet olyan demonstrációs projektekben, amelyekben alkalmazták, például a kaliforniai Barstow melletti Solar Two erőtoronyban.

A Solar Millennium annyira biztos benne, hogy a technológia működni fog, hogy egy iker napenergia-termikus erőmű (Andasol 2) már a befejezéshez közeledik. "Nyár elején kezdi meg működését&mdashmájusban vagy júniusban" Moormann mondja.

Az Arizona Public Service Co. (APS) pedig szerződést kötött az Abengoa Solarral egy 280 megawattos napenergia-hőerőmű felépítésére, amely Solanának vagy "napfényes helynek" nevezik, Phoenixtől 70 mérföldre (110 kilométerre) délnyugatra, közel 2000 hektáron (80 hektáron). "Az olvadt só technológia egyik nagyszerű tulajdonsága, hogy többet hozhat ki a tiszta napenergia-forrásokból, több energiát tud kihozni ugyanabból a létesítményből" - mondja Barbara Lockwood, az APS megújuló energiákért felelős menedzsere. "Ez egy alternatíva, amely további zöld energiát biztosít számunkra," akár 1680 megawattóra felhős időben vagy naplemente után.

Ennek az extra energiának azonban ára van. Először is az erőművet úgy kell bővíteni, hogy az egyszerre termelje ki teljes elektromos kapacitását, és melegítse fel a sókat. Az Andasol 1 esetében ez 126 hektár (50 hektár) lefedését jelentette hosszú vályúsorokkal és csővezetékekkel. És ott van az olvadt sótároló tartályok további költsége Moormann szerint.

Összességében ez azt jelenti, hogy az Andasol 1-ben vagy hasonló erőművekben hőenergia-tárolást kell végezni, amelynek telepítése kilowattóránként nagyjából 50 dollárba kerül az NREL Glatzmaier szerint. De ez nem sokat tesz hozzá a keletkező villamos energia költségéhez, mert lehetővé teszi, hogy a turbinák hosszabb ideig termeljenek, és ezek a költségek több órányi áramtermelésre oszlanak el. Glatzmaier szerint a napelemes hőerőműből származó villamos energia nagyjából 13 centbe kerül kilowattóránként, olvadt sótároló rendszerrel és anélkül is.

Ez az ár még mindig közel kétszer annyi, mint egy széntüzelésű erőműből származó villamos energia, és ez a jelenlegi legolcsóbb termelési lehetőség, ha nem vesszük figyelembe a környezetvédelmi költségeket. De az arizonai APS és mások napenergiát használhatnak a maximális villamosenergia-igény kielégítésére a nap folyamán. „A csúcsigényünk [áram iránti] későn este van, amint a napenergia-termelés megszűnik” – mondja Lockwood. Ez az oka annak, hogy ebbe az irányba indultunk el, és annyira érdeklődünk a tárolási technológia iránt."

Olyan hatékony, mint a napenergia-termelő erőművek Az olvadt sótároló rendszerekkel, például az Andasol 1-vel vagy a Solana-val ellátott parabolikus vályúk segítségével nem veszik fel a lehető legtöbb nap hőjét. 750 F (400 C) felett a szintetikus olajok, amelyeket a nap- és hősugárzás megkötésére használnak a vályúkban, elkezdenek lebomlani, de az olvadt sók ennél sokkal több hőt tudnak felvenni.

Annak érdekében, hogy a sók felmelegedjenek, egyes vállalatok, például a kaliforniai Santa Monicában található SolarReserve úgynevezett erőtornyokat és hatalmas tükörmezőket fejlesztenek, amelyek a napfényt egy központi toronyra koncentrálják. A központosított kialakításnak köszönhetően az ilyen szerkezetek sokkal magasabb hőmérsékleten, akár 535 °C-ig is működhetnek, és közvetlenül az olvadt sókat használhatják hőátadó folyadékként az erőműben. "A sókat több mint 1000 F-ra melegítjük, és ez ugyanazokat a bemeneti feltételeket eredményezi, mint amilyeneket a közművek ma egy széntüzelésű vagy atomerőműben látnak" - mondja Terry Murphy, a SolarReserve elnöke.

De egy ilyen erőmű és mdashand Murphy szerint a vállalatnak körülbelül 50 ilyen projektje van, és arra számít, hogy legalább egy (az Egyesült Államokban vagy Spanyolországban) 2013-ig működni fog, és egy 200 megawattos erőtorony 800 millió dollárba kerülne. "Az első megépített olvadt só erőtorony igazi próbatétel lesz, mondja Thomas Mancini, a Sandia koncentráló napenergia-programjának vezetője. "Ehhez valaki elég progresszív ahhoz, hogy finanszírozza, vagy egy kicsit több kockázatot vállaljon."

Hank Price technológiai alelnök szerint ezért a kutatók olyan sókat is keresnek, amelyeket az olaj helyett használhatnának a parabolikus vályús erőművekben, például azokat, amelyek alacsonyabb hőmérsékleten megolvadnak, és ezért nem fagynának meg olyan könnyen a hideg éjszakákon. fejlesztés az Abengoa Solarnál.

Moormann szerint a Solar Millennium egy ilyen són dolgozik, a Sandia pedig kis mennyiségű új sók keveréket fejlesztett ki, beleértve a kalcium-nitrátot és a lítium-nitrátot is, amelyek 100 °C alatt olvadnak. "A lítium-nitráttal olyan drága, mint az összes többi összetevő együttvéve. Bár még mindig sokkal olcsóbbak, mint a szerves hőátadó olajok – mondja Bob Bradshaw vegyészmérnök, a kaliforniai Sandiában, aki a kutatást vezeti. "Nem kapsz semmit semmiért."

A hosszú távú kutatási projektek pedig más hőtárolási technológiákat vizsgálnak, mint például a hő homokban való tárolása vagy az egytartályos olvadt só tárolása. "A fő cél az, hogy olyan tárolási technológiát találjanak, amely csökkentheti a tényleges tőkeköltséget,", ha egy erőműhöz csatlakozik – mondja Phil Smithers, az APS megújuló energiákért felelős műszaki szolgáltatója, amely az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának támogatásával kutatja ezeket a technológiákat.

Végső soron azon múlik, hogy a döntéshozók és a fogyasztók mekkora értéket tulajdonítanak a megújuló és károsanyag-kibocsátásmentes villamos energiának. "Ha elkezdjük értékelni a szén-dioxidot, és egy szénerőművet arra kényszerítünk, hogy szénmentessé váljon a megkötés révén, akkor kilowattóránként legalább 10 centet érünk el szénből” – mondja Mancini. "E technológiák bármelyike ​​elérheti ugyanazt a 10 centes szintet [olvadt só] tárolásával. Majd a piac felhívja."

Ha pedig az Andasol 1 szivárgást okoz, vagy más módon nem teljesíti a várt módon, a kár nem korlátozódna a talajon lévő sós műtrágya halomra, és az mdashit visszavetheti a napenergia tárolására irányuló erőfeszítéseket. "Meg kellett építenünk az első [kereskedelmi] üzemet [olvadt só tárolóval], és ez az Andasol” – mondja Mancini a technológia bizonyítása érdekében. "Nem kell tökéletesnek lennie, de működniük kell."


Biológia 171

A szakasz végére a következőket teheti:

  • Beszéljétek meg az elektronok fontosságát az élő rendszerek energiaátvitelében
  • Magyarázza el, hogyan használják az ATP-t a sejtek energiaforrásként

A sejten belüli energiatermelés számos összehangolt kémiai útvonalat foglal magában. Ezen utak többsége oxidációs és redukciós reakciók kombinációja, amelyek egyszerre mennek végbe. Az oxidációs reakció egy elektront leválaszt egy vegyületben lévő atomról, és ennek az elektronnak egy másik vegyülethez való hozzáadása redukciós reakció. Mivel az oxidáció és a redukció általában együtt megy végbe, ezeket a reakciópárokat oxidációs redukciós reakcióknak vagy redox reakcióknak nevezik.

Elektronok és energia

Az elektron eltávolítása a molekulából (oxidációja) az oxidált vegyület potenciális energiájának csökkenését eredményezi. Az elektron (néha egy hidrogénatom részeként) azonban nem marad kötetlenül a sejt citoplazmájában. Inkább az elektron egy második vegyületre tolódik el, redukálva a második vegyületet. Az elektron eltolódása egyik vegyületről a másikra eltávolít némi potenciális energiát az első vegyületből (az oxidált vegyületből), és növeli a második vegyület (a redukált vegyület) potenciális energiáját. Az elektronok átvitele a molekulák között azért fontos, mert az atomokban tárolt és az üzemanyagcellák működéséhez felhasznált energia nagy része nagy energiájú elektronok formájában van. Az energia nagy energiájú elektronok formájában történő átvitele lehetővé teszi a sejt számára, hogy fokozatosan továbbítsa és felhasználja az energiát – kis csomagokban, nem pedig egyetlen, pusztító kitörésben. Ez a fejezet az élelmiszerből származó energia kinyerésére összpontosít, látni fogja, hogy miközben követi a transzferek útját, követi az anyagcsere utakon áthaladó elektronok útját.

Elektronhordozók

Az élő rendszerekben a vegyületek egy kis csoportja elektronsiklóként működik: nagy energiájú elektronokat kötnek meg és szállítanak a vegyületek között biokémiai utakon. Az általunk vizsgált fő elektronhordozók a B-vitamin-csoportból származnak, és nukleotidszármazékok. Ezek a vegyületek könnyen redukálhatók (azaz elektronokat fogadnak el) vagy oxidálhatók (elektronokat veszítenek). A nikotinamid-adenin-dinukleotid (NAD) ((ábra)) a B-vitaminból származik3, niacin. A NAD + a molekula oxidált formája A NADH a molekula redukált formája, miután két elektront és egy protont fogadott el (amelyek együtt egy hidrogénatomnak felelnek meg egy extra elektronnal). Vegye figyelembe, hogy ha egy vegyületen „H” van, az általában redukált (például a NADH a NAD redukált formája).

A NAD + képes elektronokat fogadni egy szerves molekulából az általános egyenlet szerint:

Ha elektronokat adunk egy vegyülethez, le van csökkentve. Az olyan vegyületet, amely egy másikat redukál, redukálószernek nevezzük. A fenti egyenletben az RH redukálószer, és a NAD + NADH-vá redukálódik. Amikor az elektronokat eltávolítjuk egy vegyületből, oxidálódik. Az olyan vegyületet, amely egy másikat oxidál, oxidálószernek nevezzük. A fenti egyenletben a NAD + egy oxidálószer, és az RH R-vé oxidálódik.

Hasonlóképpen, a flavin-adenin-dinukleotid (FAD +) a B-vitaminból származik2riboflavinnak is nevezik. Csökkentett formája a FADH2. A NAD második változata, a NADP, egy extra foszfátcsoportot tartalmaz. Mind a NAD +, mind a FAD + széles körben használatos a cukrokból történő energiakivonásban, és a NADP fontos szerepet játszik az anabolikus reakciókban és a növények fotoszintézisében.

ATP az élő rendszerekben

Egy élő sejt nem tud jelentős mennyiségű szabad energiát tárolni. A felesleges szabadenergia a hő növekedését eredményezné a sejtben, ami túlzott hőmozgást eredményezne, amely károsíthatja, majd tönkreteheti a sejtet. Inkább egy sejtnek képesnek kell lennie arra, hogy ezt az energiát úgy kezelje, hogy a sejt biztonságosan tárolja az energiát, és csak szükség szerint adja fel felhasználásra. Az élő sejtek ezt az adenozin-trifoszfát (ATP) vegyület használatával érik el. Az ATP-t gyakran a sejt „energiavalutájának” nevezik, és a pénzhez hasonlóan ez a sokoldalú vegyület is felhasználható a sejt energiaszükségletének kielégítésére. Hogyan? Az újratölthető akkumulátorhoz hasonlóan működik.

Amikor az ATP lebomlik, általában a terminális foszfátcsoport eltávolításával, energia szabadul fel. Az energiát a sejt munkájára használja fel, általában akkor, amikor a felszabaduló foszfát egy másik molekulához kötődik, ezáltal aktiválja azt. Például az izomösszehúzódás mechanikai munkája során az ATP biztosítja az energiát a kontraktilis izomfehérjék mozgatásához. Emlékezzünk vissza a nátrium-kálium pumpa aktív transzport munkájára a sejtmembránokban. Az ATP megváltoztatja a pumpaként funkcionáló integrált fehérje szerkezetét, megváltoztatva a nátriumhoz és káliumhoz való affinitását. Ily módon a cella munkát végez, ionokat pumpálva elektrokémiai gradienseik ellen.

Az ATP felépítése és funkciója

Az ATP szívében egy adenozin-monofoszfát (AMP) molekula található, amely egy adenin molekulából áll, amely egy ribózmolekulához és egyetlen foszfátcsoporthoz kapcsolódik ((ábra)). A ribóz egy öt szénatomos cukor, amely az RNS-ben található, az AMP pedig az RNS egyik nukleotidja. Egy második foszfátcsoport hozzáadása ehhez a magmolekulához adenozin képződését eredményezi difoszfát (ADP) egy harmadik foszfátcsoport hozzáadása adenozint képez trifoszfát (ATP).

Egy foszfátcsoport molekulához való hozzáadása energiát igényel. A foszfátcsoportok negatív töltésűek, és így taszítják egymást, ha sorba vannak rendezve, ahogy az ADP-ben és az ATP-ben is. Ez a taszítás eredendően instabillá teszi az ADP- és ATP-molekulákat. Egy vagy két foszfátcsoport felszabadulása az ATP-ből, ezt a folyamatot defoszforilációnak nevezik, energiát szabadít fel.

Energia az ATP-ből

A hidrolízis az összetett makromolekulák szétbontásának folyamata. A hidrolízis során a víz felhasad vagy lizál, és a keletkező hidrogénatom (H + ) és egy hidroxilcsoport (OH – ), ill. hidroxid, hozzáadódnak a nagyobb molekulához. Az ATP hidrolízise során ADP képződik egy szervetlen foszfátionnal együtt (Pén), és a szabad energia felszabadítása. Az életfolyamatok lebonyolításához az ATP-t folyamatosan ADP-vé bontják, és az ADP-t egy újratölthető akkumulátorhoz hasonlóan egy harmadik foszfátcsoport visszacsatolásával folyamatosan ATP-vé regenerálják. A víz, amely az ATP hidrolízise során hidrogénatomra és hidroxilcsoportra (hidroxidra) bomlott, regenerálódik, amikor egy harmadik foszfátot adnak az ADP molekulához, átalakítva az ATP-t.

Nyilvánvaló, hogy energiát kell bevinni a rendszerbe az ATP regenerálásához. Honnan ez az energia? A Föld szinte minden élőlényében az energia a glükóz, fruktóz vagy galaktóz anyagcseréjéből származik, amelyek mindegyike C kémiai képletű izomerek.6H12O6 hanem eltérő molekuláris konfigurációk. Ily módon az ATP közvetlen kapcsolat a glükóz-katabolizmus exergonikus útvonalainak korlátozott készlete és az élő sejteket tápláló endergonikus útvonalak sokasága között.

Foszforilezés

Emlékezzünk vissza, hogy egyes kémiai reakciókban az enzimek több szubsztráthoz kötődhetnek, amelyek az enzimen egymással reakcióba lépnek, és közbenső komplexet képeznek. A köztes komplex egy ideiglenes szerkezet, és lehetővé teszi, hogy az egyik szubsztrát (például az ATP) és a reaktánsok könnyebben reagáljanak egymással az ATP-t érintő reakciókban, az ATP az egyik szubsztrát, az ADP pedig egy termék. Az endergonikus kémiai reakció során az ATP közbenső komplexet képez a reakcióban lévő szubsztráttal és enzimmel. Ez a közbenső komplex lehetővé teszi az ATP számára, hogy a harmadik foszfátcsoportját az energiájával együtt a szubsztrátumba vigye át, ezt a folyamatot foszforilációnak nevezik. A foszforiláció a foszfát hozzáadását jelenti (

P). Ezt a következő általános reakció szemlélteti, amelyben A és B két különböző szubsztrátot jelent:

Amikor az intermedier komplex szétesik, az energiát a szubsztrátum módosítására és a reakció termékévé alakítására használják fel. Az ADP-molekula és egy szabad foszfát-ion felszabadul a tápközegbe, és a sejtmetabolizmus révén újrahasznosítható.

Szubsztrát foszforiláció

Az ATP két mechanizmuson keresztül keletkezik a glükóz lebontása során. Néhány ATP-molekula keletkezik (azaz ADP-ből regenerálódik) a katabolikus utakban végbemenő kémiai reakciók közvetlen eredményeként. A reakcióút során egy közbenső reagensből foszfátcsoportot távolítanak el, és a reakció szabad energiáját használják fel a harmadik foszfát hozzáadására egy rendelkezésre álló ADP-molekulához, ami ATP-t termel ((ábra)). Ezt a nagyon közvetlen foszforilációs módszert szubsztrát szintű foszforilációnak nevezik.

Oxidatív foszforiláció

A glükóz katabolizmus során keletkező ATP nagy része azonban egy sokkal összetettebb folyamatból, a kemiomózisból származik, amely egy eukarióta sejten belüli mitokondriumokban ((ábra)) vagy egy prokarióta sejt plazmamembránjában megy végbe. A kemiozmózist, a sejtmetabolizmus ATP-termelésének folyamatát a glükóz katabolizmusa során keletkező ATP 90 százalékának előállítására használják, és a fotoszintézis fényreakcióiban is használják a napfény energiájának hasznosítására. Az ATP-termelést a kemiomózis folyamatával oxidatív foszforilációnak nevezik, mivel az oxigén részt vesz a folyamatban.

Mitokondriális betegség orvos Mi történik, ha a sejtlégzés kritikus reakciói nem haladnak megfelelően? Ez mitokondriális betegségekben fordulhat elő, amelyek az anyagcsere genetikai rendellenességei. A mitokondriális rendellenességek a nukleáris vagy mitokondriális DNS mutációiból származhatnak, és a testsejtekben normálisnál kevesebb energia termelését eredményezik. A 2-es típusú cukorbetegségben például a NADH oxidációs hatékonysága csökken, ami befolyásolja az oxidatív foszforilációt, de nem befolyásolja a légzés többi lépését. A mitokondriális betegségek tünetei közé tartozik az izomgyengeség, a koordináció hiánya, a stroke-szerű epizódok, valamint a látás- és hallásvesztés. A legtöbb érintett embert gyermekkorban diagnosztizálják, bár vannak felnőttkori betegségek is. A mitokondriális rendellenességek azonosítása és kezelése egy speciális orvosi terület. Az erre a szakmára való oktatási felkészítéshez főiskolai végzettség szükséges, ezt követi az orvosi egyetem orvosi genetikai specializációval. Az orvosgenetikusok megkaphatják az Amerikai Orvosi Genetikai Testület (American Board of Medical Genetics) tanúsítványát, és csatlakozhatnak a mitokondriális betegségek tanulmányozásával foglalkozó szakmai szervezetekhez, mint például a Mitochondrial Medicine Society és a Society for Herited Metabolic Disorders.

A szakasz összefoglalása

Az ATP a sejtek energiavalutájaként működik. Lehetővé teszi a sejt számára, hogy rövid ideig energiát tároljon, és azt a sejten belül szállítsa az endergonikus kémiai reakciók támogatása érdekében. Az ATP szerkezete egy RNS-nukleotid szerkezete, amelyhez három foszfát kapcsolódik. Mivel az ATP-t energiatermelésre használják, egy vagy két foszfátcsoport leválik, és vagy ADP, vagy AMP képződik. A glükóz katabolizmusából származó energiát az ADP ATP-vé történő átalakítására használják. Amikor ATP-t használnak egy reakcióban, a harmadik foszfát ideiglenesen egy szubsztráthoz kapcsolódik a foszforilációnak nevezett folyamat során. Az ATP-regeneráció két folyamata, amelyet a glükóz-katabolizmussal összefüggésben használnak, a szubsztrát szintű foszforiláció és a kemiomózis folyamatán keresztül történő oxidatív foszforiláció.

Ingyenes válasz

Miért előnyös a sejtek számára az ATP használata, nem pedig a közvetlenül a szénhidrátkötésekből származó energia? Melyek a legnagyobb hátrányai annak, ha több különböző vegyület kötéseiből közvetlenül hasznosítjuk az energiát?

Az ATP biztosítja a sejt számára az energia hatékony kezelésének módját. A molekula tölthető, tárolható és szükség szerint felhasználható. Ezenkívül az ATP hidrolizálásából származó energia egyenletes mennyiségben kerül szállításra. Ha több különböző vegyület kötéseiből energiát gyűjtenek össze, az eltérő mennyiségű energiaszállítást eredményezne.

Szójegyzék


Hogyan juttatják el a növények a tápanyagokat a talajból a gyökereikbe?

Amikor a növények szárazföldi életre fejlődtek, szükségük volt egy módra, hogy eljussanak a vízhez, hogy továbbra is felszívják a tápanyagokat. Itt jöttek jól a gyökerek.

Anélkül, hogy gyorsan túl bonyolultak lennének, nézzük meg egy pillanatra a gyökerek működését.

A növények összetett gyökérrendszerrel rendelkeznek, amelyek (általában) vagy hosszúakból állnak karógyökér amely a növény alá ereszkedik, és néhány ág leszáll róla, vagy a rostos gyökér rendszer, amely sok kis ággyökérből áll, amelyek a növény alatt terjednek. Ha valaha is felhúzott egy pitypangot a gyökerénél fogva, tudja, hogy néz ki a karógyökér rendszer. A rostos gyökérrendszerek gyakrabban fordulnak elő bizonyos fűfajtákban.

A karógyökérrel rendelkező növények jól érzik magukat a száraz talajban, mert hosszú karógyökerük segít a föld alatti víz felfedezésében. A rostos gyökérrendszerű növények komplex gyökérrendszerüknek köszönhetően kiválóan alkalmasak az erózió elleni védekezésre.

Érdekes tény, hogy a valaha feljegyzett legmélyebb gyökerek egy dél-afrikai fügefajtól származnak, amelynek gyökerei elérik a 122 métert. A növények őrült dolgokat fognak tenni, hogy vizet találjanak!

A gyökerek sok rétegből állnak, olyanok, mint a bőröd. Itt nem fogunk belemenni a nevekbe – gyorsan bonyolulttá válik! Csak tudd, hogy a gyökér legkülső rétege általában félig áteresztő, lehetővé téve a víz bejutását a gyökérrendszerbe.

A legtöbb tápanyag a gyökérszőrszálakon keresztül szívódik fel, közel a gyökerek csúcsához. A gyökérszőrök ultrafinom gyökerek, amelyek nagy felülettel rendelkeznek, így még több vizet tudnak felszívni. A növények többsége különböző gombákkal is együttműködik, hogy még több tápanyagot szívjon fel a talajban lévő vízből.


A stanfordi kutatók növényekből származó elektromos áramot találtak

A Stanford mérnökei elektromos áramot generáltak az egyes algasejtek elektronaktivitásának megérintésével. A fotoszintézis gerjeszti az elektronokat, amelyeket aztán egy speciálisan kialakított aranyelektróda segítségével elektromos árammá lehet alakítani. Ez a tanulmány lehet az első lépés a közvetlenül a növényekből származó szén-dioxid-mentes villamos energia felé.

Az első felvillanyozás során a stanfordi tudósok algasejtekhez csatlakoztak, és egy apró elektromos áramot használtak fel. Megtalálták az energiatermelés és a fotoszintézis forrásában, egy növényi módszerben, amellyel a napfényt kémiai energiává alakítják át. A kutatók szerint ez lehet az első lépés a nagy hatásfokú bioelektromos energia előállítása felé, amely nem bocsát ki szén-dioxidot melléktermékként.

"Úgy gondoljuk, mi vagyunk az elsők, akik elektronokat vonnak ki élő növényi sejtekből" - mondta WonHyoung Ryu, a márciusi számában megjelent cikk vezető szerzője. Nano Letters. Ryu a kísérleteket, miközben Fritz Prinz professzor gépészmérnöki munkatársa volt.

A Stanford kutatócsoportja kifejlesztett egy egyedülálló, ultraéles, aranyból készült nanoelektródát, amelyet kifejezetten a sejtek belsejében történő szondázásra terveztek. Óvatosan átnyomták az algasejt membránokon, amelyek körülzárták, és a sejt életben maradt. A fotoszintetizáló cellákból az elektróda összegyűjtötte a fény által energiával ellátott elektronokat, és a kutatók apró elektromos áramot generáltak.

A kutatás korai szakasza

"Még mindig a kutatás tudományos szakaszában vagyunk" - mondta Ryu. "Egycellákkal volt dolgunk, hogy bebizonyítsuk, képesek vagyunk gyűjteni az elektronokat."

A növények fotoszintézis segítségével alakítják át a fényenergiát kémiai energiává, amely az élelmiszerekhez használt cukrok kötéseiben raktározódik. A folyamat a kloroplasztiszokban játszódik le, a sejterőművekben, amelyek cukrokat termelnek, és zöld színt adnak a leveleknek és az algáknak. A kloroplasztiszokban a víz oxigénre, protonokra és elektronokra bomlik. A napfény behatol a kloroplasztiszba, és magas energiaszintre zaklatja az elektronokat, és egy fehérje azonnal megragadja őket. Az elektronok egy sor fehérjét továbbítanak, amelyek egymás után egyre nagyobb részt vesznek fel az elektronok energiájából, hogy cukrokat szintetizáljanak, amíg az összes elektronenergiát el nem használják.

Ebben a kísérletben a kutatók közvetlenül azután fogták el az elektronokat, hogy a fény gerjesztette őket, és a legmagasabb energiaszinten voltak. Az aranyelektródákat az algasejtek kloroplasztiszaiba helyezték, és leszívták az elektronokat, hogy létrehozzák az apró elektromos áramot.

A kutatók szerint az eredmény olyan villamosenergia-termelés, amely nem bocsát ki szén-dioxidot a légkörbe. A fotoszintézis egyetlen mellékterméke a protonok és az oxigén.

"Ez potenciálisan az egyik legtisztább energiaforrás az energiatermeléshez" - mondta Ryu. – De a kérdés az, hogy ez gazdaságilag megvalósítható-e?

Csekély mennyiségű villamos energia

Ryu azt mondta, hogy minden cellából csak egy pikoampert tudtak felvenni, olyannyi elektromos áramot, hogy billió cellára lenne szükségük, amely egy órán keresztül fotoszintetizálna, csak annyi, mint az AA elemben tárolt energia. Ezenkívül a sejtek egy óra múlva elpusztulnak. Ryu azt mondta, hogy az elektróda körüli membrán apró szivárgása elpusztíthatja a sejteket, vagy elpusztulhatnak, mert elveszítik azt az energiát, amelyet általában saját életfolyamataikhoz használnának fel. Az egyik következő lépés az elektróda kialakításának módosítása lenne, hogy meghosszabbítsák a cella élettartamát, mondta Ryu.

Az elektronok ilyen módon történő begyűjtése hatékonyabb lenne, mint a bioüzemanyagok elégetése, mivel a legtöbb tüzelőanyagként elégetett növény végül csak a rendelkezésre álló napenergia 3-6 százalékát tárolja, mondta Ryu. Eljárása megkerüli az égés szükségességét, amely a növény tárolt energiájának csak egy részét hasznosítja. Ebben a tanulmányban az elektrongyűjtés körülbelül 20 százalékos volt. Ryu azt mondta, hogy elméletileg egy nap elérheti a 100 százalékos hatékonyságot. (A fotovoltaikus napelemek hatékonysága jelenleg körülbelül 20-40 százalék.)

Lehetséges következő lépés egy nagyobb kloroplasztiszokkal rendelkező növény használata nagyobb gyűjtőterülethez, és egy nagyobb elektródával, amely több elektront képes befogni. A hosszabb élettartamú növény és a jobb gyűjtőképesség növelheti a folyamatot, mondta Ryu. Ryu jelenleg a dél-koreai szöuli Yonsei Egyetem professzora.

A kutatás finanszírozását a Stanford Egyetem Globális Klíma- és Energiaprojektje és a 2009-es Yonsei Egyetem Kutatási Alapja biztosította.

A cikk további szerzői Prinz, a vezető szerző, Seoung-Jai Bai, Tibor Fabian, Rainer J. Fasching, Zubin Huang és Joong Sun Park, valamennyien a Stanford Egyetem Energia- és Biológiai Gyors Prototípus-laboratóriumának kutatói, valamint Jeffrey Moseley és Arthur Grossman, a Carnegie Intézet Növénybiológiai Tanszékének és a Stanfordi Biológiai Tanszéknek a kutatói.


Miért ennyi fajta?

Számos anyag (korábban csak fémek) használható elektródákként egy akkumulátorban. Az évek során sok-sok féle kombinációt kipróbáltak, de csak néhány van, ami igazán elment. De miért használjunk fémek különböző kombinációit? Ha van egy fémpárja, amelyek jól működnek együtt elektródaként, akkor minek vesződni másokkal?

A különböző anyagoknak eltérő elektrokémiai tulajdonságaik vannak, ezért eltérő eredményeket produkálnak, ha egy akkumulátorcellában helyezik el őket. Például egyes kombinációk nagyon gyorsan magas feszültséget hoznak létre, de aztán gyorsan leesnek, és nem tudják sokáig fenntartani ezt a feszültséget. Ez akkor jó, ha mondjuk egy kamera vakuhoz hasonló hirtelen fényvillanást kell produkálnia.

Más kombinációk csak csordogáló áramot termelnek, de ezt a szivárgást sokáig fenn fogják tartani. Nincs szükségünk nagy áramerősségre például egy füstérzékelő működtetéséhez, de azt szeretnénk, hogy a füstérzékelőink sokáig működjenek.

Egy másik ok a fémek különböző kombinációinak használatára az, hogy gyakran két vagy több akkumulátorcellát kell egymásra helyezni a szükséges feszültség eléréséhez, és kiderül, hogy egyes elektródakombinációk sokkal szerencsésebben helyezkednek el, mint más kombinációk. Például az elektromos autókban használt lítium-vas-foszfát akkumulátorok (egyfajta lítium-ion akkumulátor) nagyfeszültségű (100 vagy még több voltos) rendszereket raknak egymásra, de ezt soha nem tenné meg azokkal a NiCad Walkman akkumulátorokkal, amelyek forró!

Az idők során eltérő igényeink az akkumulátortípusok hatalmas skálájának kifejlesztéséhez vezettek. Ha többet szeretne megtudni róluk, és arról, hogy mit hoz a jövő az akkumulátorral kapcsolatban, tekintse meg a többi Nova-témát.


Nézd meg a videót: A növények élete (Január 2022).