Yli 100% kvanttisaanto, räjähtääkö vetytalous käyntiin?


Kuva 1. Lyijysulfidia. Kuvaajaviite: By Ondřej Mangl – Oma teos, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2299436

Science Daily uutisoi yli 100% kvanttisaannosta valokemiallisessa reaktiossa vetypolttoaineen kehitysharppauksena (Linkki). Ainakin otsikko saattoi minut kertamaan asian taustaa ja lukemaan tarkemmin sekä tuon uutisartikkelin että linkitetyn tutkielman tiivistelmän (Linkki).

Jos yritän kuvata niin yksinkertaisesti valokemiallista ilmiötä, että pääosin itsekin ymmärrän sen, niin siinä on kyse elektronin virittämisestä. Se taas tarkoittaa sitä, että johonkin mukavaan lepopaikkaan (alemmalle orbitaalille, lähemmäksi atomin ydintä) sijoittunut elektroni saa fotonistä tällin, joka siirtää sen joko atomin ulommalle orbitaalille tai ihan pois kotiatominsa piiristä. Olennaista sitten inhimillisen energiateknologian kannalta on se, että tämä virittyneeseen elektroniin syntynyt lisäpotentiaali saadaan hyödynnettyä esim. sähkönä.

Kvanttisaanto on taas virittyneiden elektronien suhde virittäneisiin fotoneihin kappalemääräisesti. Monestikin sinänsä kelvollisista fotoneista jotkut osuvat johonkin muuhun kohteeseen ja kvanttisaanto jää alle 100%. Tässä ei sitten lasketa esim. auringonvalon kaikkia fotoneja, vaan ainoastaan oikean aallonpituuden fotoneita.

Että kvanttisaanto ylittää 100% ei vielä tarkoita ikiliikkujaa, mutta voi olla hyödyllistäkin. Tosin tässä kyseissä tapauksessa tutkija sanoo, ettei tämä havainto tarkoita valoenergian hyödyntämisen parempaa hyötysuhdetta. Kyse on vasta perustutkimuksesta, ei teknologisesta sovelluksesta.

Kun käytettävissäni oleva materiaali ei sisältänyt aallonpituusarvoja, voi vain veikkailla, että käytetty säteily on ollut lähellä UV-valoa ja säteilyn energia on riittänyt yhden elektronin virittämisen lisäksi joskus toisenkin elektronin virittämiseen. Tarkempi mekanismi ei selvinnyt minulle. Pienirakeista lyijysulfidia kuitenkin käytettiin natriumsulfidiliuoksessa.

Vaikka päästäisiin hyvään hyötysuhteeseen valokemiallisessa polttoaineentuotannossa, tarvittavat pinta-alat olisivat silti isoja, helpostikin liian isoja maanpinnalla toteutettaviksi. Keskimäärin puolet vuorokaudesta on hämärää tai pimeää, jolloin sijoitus ei tuota.  Jos asia olisi minun päätettävissäni, suosisin levän kasvatusta avomerillä siten, että viljelmävaltauksen tekijällä olisi oikeus tuottoon. Ajatuksena, että vaikka levä kasvaisi hitaamminkin, se ei tarvitse kasteluun työvoimaa eikä muitakaan resursseja. Vaatisi toki uudenlaisia kansainvälisiä sopimuksia ja jotain valvontaakin.

Mitä vetyyn energiansiirtoaineena tulee, niin en pidä sitä mitenkään erityisen hyvänä sen kaasumaisuudesta johtuen, siis maapallon pintaolosuhteissa. Pienet ja vikkelät elektronit siirtyvät sähköjohdoissa helpommin kuin mitä vetyä voidaan siirtää lähelle kulutus- tai tankkauspaikkaa. Toisaalta metanoliteknologia sallisi vähäiset muutokset ajoneuvotuotantoon ja polttoainejakeluun alkuvaiheessaan ja myöhemmässä kehitysvaiheessa polttokennoajoneuvot. Näin vedyteknologia vaikuttaa minusta vähän samanlaiselta kuin elohopeaan pohjaava kierrekantainen energiansäästölamppu. Toimiihan se periaatteessa ja hätäilemällähän se saadaan kaupaksikin, muttei sille oikein löydy pitempiaikaisesti kilpailukykyistä käyttöä.

Niin ettei kannata vielä irtisanoa sähkösopimustaan tai romuttaa käyttökelpoista autoaan. Vetyteknologia tai -talous ei tee läpimurtoa lähitulevaisuudessa. Ilmastonvakiointipyrkimykset vain tuottavat monenlaisia tutkimuksia.

Tutkielmaviite

Yong Yan, Ryan W. Crisp, Jing Gu, Boris D. Chernomordik, Gregory F. Pach, Ashley R. Marshall, John A. Turner, Matthew C. Beard. Multiple exciton generation for photoelectrochemical hydrogen evolution reactions with quantum yields exceeding 100%. Nature Energy, 2017; 2: 17052 DOI: 10.1038/nenergy.2017.52

Linkkejä aiheeseen

https://news.njit.edu/more-100-quantum-step-toward-producing-hydrogen-fuel/?utm_source=njit&utm_medium=home&utm_content=news&utm_campaign=teaser (Linkki) Tutkimusorganisaation lehdistötiedote

https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_yield (Linkki) Artikkeli kvanttisaannosta. Kun regensseissa on kemiallista potentiaalia, valokatalyyttisen reaktion kvanttisaanto voi olla vaikkapa 1000000.

https://fi.wikipedia.org/wiki/Valokemia (Linkki) Taustoittava artikkeli valokemiasta.

http://co2-raportti.fi/?page=ilmastouutisia&news_id=2068 (Linkki) Vanha artikkeli, jossa unelmoidaan valokemiallisesta energiatuotannosta ja kerrotaan, että kasveilla on yhteyttämisessä käytössä 100% kvanttisaanto.

Mainokset

6 responses to “Yli 100% kvanttisaanto, räjähtääkö vetytalous käyntiin?

  1. Ensimmäisen sukupolven energiansäästölampuissa on tämä hyvä puoli: niissä ”planned obsolescence” ei ole vielä mukana, niitä ei tarvitse olla koko ajan vaihtamassa. Minun huushollissani suurin osa lampuista (ne energiansäästölamppuina myydyt) on ostettu silloin joskus kauan sitten, saattavat jopa olla ostettu markoilla! Mutta tähän mennessä olen joutunut vaihtamaan vain yhden palaneen (keittiön kattovalo). Ilmeisesti sitä on tullut refleksinomaisesti sammuteltua/sytyteltyä liian paljon. Nyt siinä on tilalla LED-lamppu, joka sietää räpsyttelyä paljon paremmin.

    Tykkää

      • Kuten kai mainitsin, minun kodissani suurin osa energiansäästölampuista on niitä Osramin v.1.xx lamppuja, ja ne ovat kestäneet niin hyvin, että luulen todellakin että niissä ei vielä ”suunniteltu vanheneminen” toimi. Pahus kun en tullut kirjanneeksi sitä päivää, jolloin ruuvasin ne paikalleen.

        Tykkää

  2. Yhtä kaikki, hyvä hyötysuhde on aina hyvä hyötysuhde. Kuin timantti jalkakäytävälle talvella levitetyn sepelin seassa. Toivottavasti tälle ilmiölle löytyy taloudellisesti kannattavia sovelluskohteita.

    Leväviljelyssä hankalinta lienee sadonkorjuu, tarvittavan laitteiston hintatasosta johtuen palstat täytyy lohkoa isolla kädellä. Ehkä perusyksikkönä neliömerimaili?

    Tykkää

    • Mitä leviin tulee, niin ajatukseni etenivät kansainvälisille merialueilla. Nehän ovat monin paikoin huonosti kalaakin antavia, joten levien viljely ”ei olisi keneltäkään” pois. Neliömetrimaili olisi varmaan ihan passeli mittayksikkö, mutta palstojen pitäisi olla sitä suurempia. Ei sillä, etteikö tähän liittyisi useita ongelmia, mutta niin kauan kuin ilmastonvakiointi on kärjessä, sitä voisi käyttää perusteluna viljelmillekin.

      Tykkää

      • No meliömerimaili samalla tavalla käytettynä kuin hehtaari. Eihän hehtaari ole mikään raja, se on mittayksikkö. Samoin levien tapauksessa alue kannattaa ilmoittaa neliömerimaileina, etteivät numerot kasva turhan suuriksi.

        Tykkää

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s