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Wasserreinigung und Wasserstoffproduktion mittels künstlicher Photokatalyse

23.11.2023

Forscher der Universität Cambridge haben ein innovatives solarbetriebenes Gerät vorgestellt, das gleichzeitig verschmutztes oder normales Meerwasser in Wasserstofftreibstoff und sauberes Trinkwasser umwandeln kann.

Ein neues Gerät, das auf Solarenergie basiert und künstliche Photokatalyse nutzt, stellt einen bedeutenden Schritt zur Lösung globaler Probleme mit Trinkwasser und Kraftstoff dar, insbesondere in Ländern der Dritten Welt.

Die Wissenschaftler haben einen Photokatalysator, der ultraviolettes Licht absorbiert, in ein nanostrukturiertes Kohlenstoffnetz eingebettet, das wiederum Infrarotlicht absorbiert. Dieser Ansatz soll die Bildung von Wasserdampf anregen, der vom Photokatalysator zur Herstellung von Wasserstoff genutzt wird. Das wasserabweisend behandelte poröse Kohlenstoffnetz ermöglicht es dem Photokatalysator, sich frei zu bewegen und über der Wasseroberfläche zu bleiben, wodurch die Belastung durch Verunreinigungen minimiert wird. Diese Gerätekonfiguration verbessert auch die Solarenergieeffizienz. Den Forschern gelang es, die Transpirationstechnologie nachzuahmen, indem sie den Prozess nachahmten, bei dem sich Wasser durch eine Pflanze bewegt und aus oberirdischen Teilen verdunstet.

Anschließend testeten die Wissenschaftler ihre Erfindung anhand realer offener Wasserquellen, darunter des Flusses Cam im Zentrum von Cambridge und trüber Industrieabwässer aus der Papierproduktion. Dadurch behielt das Gerät auch nach 80 Stunden in künstlichem Meerwasser 154 % seiner ursprünglichen Leistung bei.

Da der Photokatalysator von Verunreinigungen in der Wasserquelle isoliert ist und relativ trocken bleibt, kann das Gerät laut den Forschern seine Betriebsstabilität über einen langen Zeitraum aufrechterhalten.

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Energie aus dem Weltraum für Raumschiff 08.05.2024

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Mit der Entwicklung der Technologie und dem zunehmenden Einsatz von Elektronik wird die Frage der Schaffung effizienter und sicherer Energiequellen immer dringlicher. Forscher der University of Queensland haben einen neuen Ansatz zur Herstellung von Hochleistungsbatterien auf Zinkbasis vorgestellt, der die Landschaft der Energiebranche verändern könnte. Eines der Hauptprobleme herkömmlicher wiederaufladbarer Batterien auf Wasserbasis war ihre niedrige Spannung, die ihren Einsatz in modernen Geräten einschränkte. Doch dank einer neuen, von Wissenschaftlern entwickelten Methode konnte dieser Nachteil erfolgreich überwunden werden. Im Rahmen ihrer Forschung wandten sich Wissenschaftler einer speziellen organischen Verbindung zu – Catechol. Es erwies sich als wichtige Komponente, die die Stabilität der Batterie verbessern und ihre Effizienz steigern kann. Dieser Ansatz hat zu einer deutlichen Spannungserhöhung der Zink-Ionen-Batterien geführt und sie damit wettbewerbsfähiger gemacht. Laut Wissenschaftlern haben solche Batterien mehrere Vorteile. Sie haben b ... >>

Alkoholgehalt von warmem Bier 07.05.2024

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Laserhologramme werden die Qualität des industriellen XNUMXD-Drucks verbessern 15.12.2019

Einer der Mängel moderner industrieller Technologien des dreidimensionalen Laserdrucks ist eine starke Erwärmung an der Kontaktstelle des Metalls mit dem Laserlichtstrahl. Diese Erwärmung schmilzt das Metallpulver, führt aber auch Bereiche innerer mechanischer Spannung und Verformung des herzustellenden Teils ein. Und all diese Dinge sind praktisch unvorhersehbar, was es unmöglich macht, sie irgendwie zu kompensieren. Eine Gruppe von Forschern der University of Cambridge hat jedoch einen Weg gefunden, das oben beschriebene Problem zu lösen. Mit Hilfe spezieller holografischer Bilder, die von einem Computer mit komplexen Algorithmen generiert werden, ist es möglich, die Verteilung der Laserlichtenergie in drei Dimensionen zu steuern, wodurch eine unnötige Erwärmung des hergestellten Teils vermieden werden kann.

"Statt eines einzelnen Strahls aus Hochleistungslaserlicht verwenden wir mehrere Laserlichtstrahlen, die auf bestimmte Weise an der richtigen Stelle im dreidimensionalen Raum fokussiert werden", sagt Professor Tim Wilkinson (Tim Wilkinson), Leiter von dieses Projekt, - "Dies ermöglicht es uns, Teile "dreidimensionaler zu drucken und thermischen Verzug zu vermeiden.

Das Hologramm, aus dem das XNUMXD-Objekt gedruckt wird, wird vom Computer mit einer Geschwindigkeit von etwa tausend Mal pro Sekunde berechnet und modifiziert, um die Kontrolle über die Energieverteilung zu verbessern. Gleichzeitig berücksichtigen die Algorithmen, die das Kontrollhologramm erzeugen, eine Reihe von Feinheiten, wie z. B. Eigenschaften der verwendeten Materialien, optische Verzerrungen, aktuelle Temperatur usw. „Dieser holografische Ansatz ermöglicht es uns, Dinge zu tun, die vorher unmöglich waren. Es gibt bestimmte Arten von Strukturen, die aufgrund der auftretenden thermischen Verformungen nicht gedruckt werden können“, sagt Professor Wilkinson.

Jetzt haben Wissenschaftler bereits eine Pilotanlage mit drei Lasern erstellt, deren Strahlen von einem Silizium-„Mikrodisplay“ reflektiert werden, einer dünnen Schicht aus Flüssigkristallen auf der Oberfläche eines Siliziumchips, die als kontrolliertes Beugungsgitter fungiert und die Phase der Reflexion ändert Laserstrahl. Und in naher Zukunft planen die Cambridge-Forscher den Bau einer fortschrittlicheren Anlage, die acht Laser mit einer Gesamtleistung von 200 W verwenden wird, was ausreicht, um Aluminiumpulverpartikel zu schmelzen.

Zusätzlich zum Testen des Betriebs von Flüssigkristall-Mikrodisplays bei dieser Laserlichtleistung werden die Wissenschaftler unter Verwendung der neuen Anlage mit Metallpulvern unter Zugabe von Kunststoffen und Harzen arbeiten, um die Algorithmen zum Kompilieren von Kontrollhologrammen zu verbessern. Es ist geplant, 2020 eine neue und größere Anlage in Betrieb zu nehmen, und das Projekt, das zu einer voll funktionsfähigen Industrieanlage führen soll, soll bis 2022 abgeschlossen sein.

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