Ка одрживој будућности: Ефикасност претворбе енергије

тусце 44 3 тусце 44 фигура енг финал
тусце 44 3 тусце 44 фигура енг финал

 Научници формулишу нову иновацију којом се може мерити топлотна енергија како би се разумело више о процесима система који претварају енергију попут лишћа током фотосинтезе

 Претварање енергије је сталан процес, али мерење ефикасности ове претворбе није лак задатак. Доказано је да је квантификовање емисије топлоте објекта који апсорбује енергију добар показатељ. Научници су сада осмислили технику која ово мерење може извршити лако и тачно, а ова нова технологија може осветлити процесе преноса енергије у системима од биљака до соларних ћелија.

Енергија је у сталном универзалном циклусу употребе, реформе и поновне употребе. Кроз овај процес често постоји неколико ситуација када се енергија прима у једном облику и претвара у други облик, или чак у неенергетски облик; фотосинтеза је погодан пример за то. У овом процесу, као што знамо, сунчева енергија у облику сунчеве светлости пада на лишће, а лишће претвара ову сунчеву енергију у друге облике ускладиштене енергије кроз низ реакција. Али, која је ефикасност ове претворбе енергије? Поједностављено речено, ефикасност претворбе енергије је однос корисног учинка система који претвара енергију попут биљке и укупне енергије коју он уопште прима. Ова вредност је важна посебно у планирању енергетски ефикасних структура попут соларних ћелија. Међутим, иако је теорија једноставна, не постоји успостављена метода за прецизно мерење фактора који одређују ефикасност претварања светлосне енергије, попут укупне енергије или укупне произведене електричне енергије.

Једна алтернативна техника која је истражена за решавање овог проблема је мерење топлоте над светлошћу. Све што апсорбује енергију има тенденцију да ту енергију расипа у облику топлоте. Ово ослобађање топлоте је веће непосредно након апсорпције енергије и смањује се како време пролази. То је у супротности са емисијом светлости од система као што су „фосфоресцентни“ или материјали који светлуцају у мраку, који апсорбују енергију и тек касније ослобађају светлост. Према томе, мерење ослобађања топлоте у функцији таласне дужине узбудне светлости - или да се употребимо технички израз, „фототермални спектар побуде“ или ПТЕС - може бити одржив метод за мерење ефикасности претварања енергије. Фототермална дефлекциона спектроскопија је један од метода за директну примену ПТЕС-а. Међутим, врло мало истраживања је истраживало ПТЕС независно од емисије светлости.

Научници са Универзитета науке у Токију, Јапан је одлучио да се позабави овим сазнањима јаз. Овај тим научника предвођен професором Еиџијем Токунагом претходно је створио технику фотонапонске деформационе спектроскопије Сагнац интерферометар (СИПДС), која је за једну величину побољшала ефикасност постојећих техника. Фототермална спектроскопија детектује топлоту која настаје када зрачену светлост апсорбује озрачену светлост, те стога може мерити спектар апсорпције за узорке било ког облика и са било којим својствима, као што су „расипачи“ чија се пропуштена светлост не може мерити. Професор Токунага каже, „Отприлике од 2010. године радимо на повећању осетљивости фототермичке дефлекционе спектроскопије помоћу интерферометра, а заједничким напорима свих, укључујући студенте, могли бисмо да анализирамо узорке у ваздуху који су ретко раније анализирани, дајући нам могућност мерења спектар апсорпције у читавом опсегу видљиве светлости. “ Зашто је ово било тако важно? „Ова надограђена технологија, “Наводи проф. Токунага,„омогућили су нам да проценимо квантну ефикасност луминисценције или хемијске конверзије енергије".

Предузимајући ову технологију још један корак напред, ови научници, заједно са др. Кохсеи Такахасхи-ом и др. Наотоом Хиросакијем из Сиалон Гроуп, Националног института за науку о материјалима (НИМС), сада су интегрисали „уравнотежену детекцију“, која је у основи техника за мерење малих одступања у вредности, у своју СИПДС технологију. Ова нова иновација користи лампу са белом светлошћу као извор енергије и може да мери фототермални спектар побуде материјала у ваздуху. Научници су приметили да се не ствара топлота, што значи да се светлосна енергија претвара у ефикасну, па би се разлика у спектру апсорпције могла мерити како би се утврдила ефикасност претварања светлосне енергије.

Успели су да користе ову технологију за мерење топлотног спектра (ПТЕС) високоефикасног луминисцентног црвеног фосфора беле ЛЕД, произвођача НИМС, успешно су га упоредили са њиховим спектром побуде фотолуминисценције (ПЛЕС), који је показао количину светлости коју емитује фосфор у функцији таласне дужине побуде светлости (слика). Ово поређење је такође дало тачне вредности ефикасности фотолуминисценције фосфора, што је мера колико добро супстанца може да емитује светлост. „Помоћу наше технологије можемо мерити спектре термичке релаксације материјала у целом видљивом опсегу у граници слабе побуде 50 µВ / цм2, што је никад постигнути пробој“, Примећује проф. Токунага. Дакле, мерење ефикасности претворбе енергије, за шта су раније били потребни скупи и различити уређаји попут фосфора, соларних ћелија и фотосинтезе (за мерење претворене ефективне енергије [енергија емисије, електрична енергија, хемијска енергија]), могло би се извршити помоћу једног једноставна, обједињена метода.

Будући изгледи ове технологије су узбудљиви: када се даље развија, може се извршити мерење ефикасности претворбе енергије чак и фотосинтезе у „живим“ листовима. Надамо се да ови налази могу стимулисати и убрзати истраживање усмерено на побољшање ефикасности претварања супстанци и остварити друштво са високом ефикасношћу претварања енергије. 

O nama Универзитет науке у Токију

Универзитет науке у Токију (ТУС) је познати и цењени универзитет и највећи приватни истраживачки универзитет специјализован за науку у Јапану, са четири кампуса у централном Токију и његовим предграђима и на Хокаиду. Основан 1881. године, универзитет је континуирано доприносио развоју Јапана у науци гајећи љубав према науци истраживачима, техничарима и наставницима.

Са мисијом „Стварање науке и технологије за складан развој природе, људи и друштва“, ТУС је предузео широки спектар истраживања од основне до примењене науке. ТУС је прихватио мултидисциплинарни приступ истраживању и предузео интензивне студије у неким од најважнијих данашњих области. ТУС је меритократија у којој се препознаје и негује оно најбоље у науци. То је једини приватни универзитет у Јапану који је изнедрио добитника Нобелове награде и једини приватни универзитет у Азији који је произвео добитнике Нобелове награде у пољу природних наука.
Сајт: https://www.tus.ac.jp/en/mediarelations/ 

О професору Еији Токунаги са Универзитета науке у Токију

Др Еији Токунага је професор на Одељењу за физику Природно-математичког факултета, Одељење за физику Универзитета науке у Токију. Основно, постдипломско и докторско образовање завршио је на Универзитету у Токију. Цењени и старији истраживач, у своје име има више од 82 публикације. Ради са својим тимом на истраживању оптичке спектроскопије и физике кондензоване материје. Провевши скоро три деценије на овим пољима, проф. Токунага увео је неколико нових концепата повезаних са оптичким својствима материјала. Његова истраживања могу се наћи на https://www.tus.ac.jp/en/fac/p/index.php?3b4e.

О аутору

Аватар уредника удруженог садржаја

Уређивач синдицираног садржаја

Учешће у...