Sabtu, 12 Desember 2009

Fuel Cells

Energy Source of the Future

According to many experts, we may soon find ourselves using fuel cells to generate electrical power for all sorts of devices we use every day. A fuel cell is a device that uses a source of fuel, such as hydrogen, and an oxidant to create electricity from an electrochemical process.

Much like the batteries that are found under the hoods of automobiles or in flashlights, a fuel cell converts chemical energy to electrical energy.

All fuel cells have the same basic configuration; an electrolyte and two electrodes. But there are different types of fuel cells, based mainly on what kind of electrolyte they use.

Many combinations of fuel and oxidant are also possible. The fuel could be diesel or methanol, while air, chlorine, or chlorine dioxide may serve as oxidants. Most fuel cells in use today, however, use hydrogen and oxygen as the chemicals.

Fuel cells have three main applications: transportation, portable uses, and stationary installations.

In the future, fuel cells could power our cars, with hydrogen replacing the petroleum fuel that is used in most vehicles today. Many vehicle manufacturers are actively researching and developing transportation fuel cell technologies.

Stationary fuel cells are the largest, most powerful fuel cells. They are designed to provide a clean, reliable source of on-site power to hospitals, banks, airports, military bases, schools, and homes.

Fuel cells can power almost any portable device or machine that uses batteries. Unlike a typical battery, which eventually goes dead, a fuel cell continues to produce energy as long as fuel and oxidant are supplied. Laptop computers, cellular phones, video recorders, and hearing aids could be powered by portable fuel cells.

Fuel cells have strong benefits over conventional combustion-based technologies currently used in many power plants and cars. They produce much smaller quantities of greenhouse gases and none of the air pollutants that create smog and cause health problems. If pure hydrogen is used as a fuel, fuel cells emit only heat and water as a byproduct. Hydrogen-powered fuel cells are also far more energy efficient than traditional combustion technologies.

The biggest hurdle for fuel cells today is cost. Fuel cells cannot yet compete economically with more traditional energy technologies, though rapid technical advances are being made. Although hydrogen is the most abundant element in the universe, it is difficult to store and distribute. Canisters of pure hydrogen are readily available from hydrogen producers, but as of now, you can't just fill up with hydrogen at a local gas station.

Many people do have access to natural gas or propane tanks at their houses, however, so it is likely that these fuels will be used to power future home fuel cells. Methanol, a liquid fuel, is easily transportable, like gasoline, and could be used in automobile fuel cells. However, also like gasoline, methanol produces polluting carbon dioxide.

More About Fuel Cells and Energy

Video: Fuel Cells
Video: Alternative Energy
Video: Energy Conservation
Article: Future Power: Where Will the World Get Its Next Energy Fix?
Quiz: Energy

What Is Global Warming?

The Planet Is Heating Up—and Fast

Glaciers are melting, sea levels are rising, cloud forests are drying, and wildlife is scrambling to keep pace. It's becoming clear that humans have caused most of the past century's warming by releasing heat-trapping gases as we power our modern lives. Called greenhouse gases, their levels are higher now than in the last 650,000 years.

We call the result global warming, but it is causing a set of changes to the Earth's climate, or long-term weather patterns, that varies from place to place. As the Earth spins each day, the new heat swirls with it, picking up moisture over the oceans, rising here, settling there. It's changing the rhythms of climate that all living things have come to rely upon.

What will we do to slow this warming? How will we cope with the changes we've already set into motion? While we struggle to figure it all out, the face of the Earth as we know it—coasts, forests, farms and snow-capped mountains—hangs in the balance.

Greenhouse effect

The "greenhouse effect" is the warming that happens when certain gases in Earth's atmosphere trap heat. These gases let in light but keep heat from escaping, like the glass walls of a greenhouse.

First, sunlight shines onto the Earth's surface, where it is absorbed and then radiates back into the atmosphere as heat. In the atmosphere, “greenhouse” gases trap some of this heat, and the rest escapes into space. The more greenhouse gases are in the atmosphere, the more heat gets trapped.

Scientists have known about the greenhouse effect since 1824, when Joseph Fourier calculated that the Earth would be much colder if it had no atmosphere. This greenhouse effect is what keeps the Earth's climate livable. Without it, the Earth's surface would be an average of about 60 degrees Fahrenheit cooler. In 1895, the Swedish chemist Svante Arrhenius discovered that humans could enhance the greenhouse effect by making carbon dioxide, a greenhouse gas. He kicked off 100 years of climate research that has given us a sophisticated understanding of global warming.

Levels of greenhouse gases (GHGs) have gone up and down over the Earth's history, but they have been fairly constant for the past few thousand years. Global average temperatures have stayed fairly constant over that time as well, until recently. Through the burning of fossil fuels and other GHG emissions, humans are enhancing the greenhouse effect and warming Earth.

Scientists often use the term "climate change" instead of global warming. This is because as the Earth's average temperature climbs, winds and ocean currents move heat around the globe in ways that can cool some areas, warm others, and change the amount of rain and snow falling. As a result, the climate changes differently in different areas.

Aren't temperature changes natural?

The average global temperature and concentrations of carbon dioxide (one of the major greenhouse gases) have fluctuated on a cycle of hundreds of thousands of years as the Earth's position relative to the sun has varied. As a result, ice ages have come and gone.

However, for thousands of years now, emissions of GHGs to the atmosphere have been balanced out by GHGs that are naturally absorbed. As a result, GHG concentrations and temperature have been fairly stable. This stability has allowed human civilization to develop within a consistent climate.

Occasionally, other factors briefly influence global temperatures. Volcanic eruptions, for example, emit particles that temporarily cool the Earth's surface. But these have no lasting effect beyond a few years. Other cycles, such as El Niño, also work on fairly short and predictable cycles.

Now, humans have increased the amount of carbon dioxide in the atmosphere by more than a third since the industrial revolution. Changes this large have historically taken thousands of years, but are now happening over the course of decades.

Why is this a concern?

The rapid rise in greenhouse gases is a problem because it is changing the climate faster than some living things may be able to adapt. Also, a new and more unpredictable climate poses unique challenges to all life.

Historically, Earth's climate has regularly shifted back and forth between temperatures like those we see today and temperatures cold enough that large sheets of ice covered much of North America and Europe. The difference between average global temperatures today and during those ice ages is only about 5 degrees Celsius (9 degrees Fahrenheit), and these swings happen slowly, over hundreds of thousands of years.

Now, with concentrations of greenhouse gases rising, Earth's remaining ice sheets (such as Greenland and Antarctica) are starting to melt too. The extra water could potentially raise sea levels significantly.

As the mercury rises, the climate can change in unexpected ways. In addition to sea levels rising, weather can become more extreme. This means more intense major storms, more rain followed by longer and drier droughts (a challenge for growing crops), changes in the ranges in which plants and animals can live, and loss of water supplies that have historically come from glaciers.

Scientists are already seeing some of these changes occurring more quickly than they had expected. According to the Intergovernmental Panel on Climate Change, eleven of the twelve hottest years since thermometer readings became available occurred between 1995 and 2006.

More About Global Warming

Article: Is Global Warming Real?
Article: Meltdown: The Alps Under Pressure
Interactive: Greenhouse Gases

2000-2010: A Decade of (Climate) Change

A decade ago, global climate change was largely considered a problem for the distant future. But it seems that future has come sooner than predicted.

One of the most remarkable, and alarming, environmental changes to occur over the last decade is the melting of Antarctic ice sheets and the recession of Arctic glaciers at speeds much faster than climate change models had predicted, according to environment experts.

In addition, the Arctic ice cap reached an all-time low in the summer of 2007. Some climate scientists now predict the region will be ice free during the summer within the next decade.

Studies suggest an ice-free Arctic could result not only in a stormier North Pole region, but could also affect weather patterns throughout the entire Northern Hemisphere.

The loss of ice would also be a death knell for polar bears, which rely on ice to hunt and raise their young. But it would also be a boon for business, including shipping and resource extraction.

Climate change has made itself apparent in other powerful ways over the past decade.

In southeastern Australia, a ten-year drought now causes the Murray River to trickle into the sand before it reaches the sea.

For the last several decades, ecologist John Harte, has watched global warming shift vegetation in the Rocky Mountains from a palette of wildflowers to sagebrush, the latter of which is hardier.

"As snowmelt trends toward coming earlier and earlier, it has big effects on the competition among plants," said Harte, of the University of California, Berkeley.

See More :2000-2010: A Decade of (Climate) Change

Rabu, 02 Desember 2009

Metode Baru Pemurnian Hidrogen

Suatu terobosan untuk membuat bahan bakar yang bersih dan hijau, itulah yang selalu menjadi keinginan para ilmuwan.
Hidrogen adalah unsur paling sederhana yang kita ketahui. Atomnya hanya mengandung satu proton. Hidrogen juga lebih ringan daripada udara dan tidak sendirian di planet ini. Selalu ditemukan dalam kombinasi dengan unsur-unsur lain. Orang melihat hidrogen sebagai bahan bakar alternatif tetapi ia memiliki kekurangan. Salah satu rintangan terbesar dalam bahan bakar hidrogen adalah pemurnian. Ini dapat bertindak sebagai bahan bakar untuk sel bahan bakar tetapi metode pemurnian sekarang tidak begitu efisien dan efektif.

Tetapi kimiawan Mercouri G. Kanatzidis dari Northwestern University, bersama dengan Gerasimos S. Armatas - postdoctoral penelitian telah menemukan solusinya. Mereka telah mengembangkan bahan berpori baru berbentuk seperti sarang lebah. Dan kita berpikir hanya penyair yang memiliki imajinasi seperti ini ! Struktur ini berpori seperti sarang lebah yang sangat efektif memisahkan hidrogen dari gas campuran. Karbon dioksida dan gas metan membawa gas hidrogen dalam jumlah besar. Dan struktur berbentuk sarang lebah ini menunjukkan struktur pori selektivitas terbaik dalam memisahkan hidrogen dari kedua gas tersebut. Bahan yang digunakan dalam membangun struktur pemurnian hidrogen adalah keluarga baru chalcogenides – yang diperkaya dengan germanium. "Kami mengambil keuntungan dari apa yang kita sebut atom 'lembut', yang membentuk dinding membran," kata Kanatzidis. " Dinding atom ini lembut ketika berinteraksi dengan molekul lunak lain yang lewat, memperlambat mereka di saat melewati membran. Hidrogen, yang merupakan elemen terkecil, adalah sebuah molekul 'keras'. Dia dengan cepat melewati membran ,sementara molekul lunak, seperti karbon dioksida dan metana memerlukan waktu lebih lama. "

Mengapa metode pemisahan ini bisa lebih baik daripada metode sekarang? Hingga sekarang para ilmuwan yang tergantung pada ukuran molekul gas sementara memisahkan hidrogen dari karbon dioksida dan metana. Pertama mereka mendapatkan hidrogen dalam kombinasi dengan karbon dioksida dan metana. Metode ini memerlukan lebih banyak tahapan dan sulit untuk dilaksanakan. Kanatzidis dan Armatas memiliki gagasan yang lebih baik. Mereka tidak bergantung pada ukuran molekul gas untuk pemisahan hidrogen. Mereka mengambil cara polarisasi. Di sini interaksi molekul gas dengan permukaan sarang lebah seperti struktur sangat penting. Kanatzidis dan Armatas menguji membran mereka pada campuran kompleks dari empat gas. Mereka telah memilih empat gas untuk percobaan mereka yaitu : hidrogen, karbon monoksida, metan dan karbon dioksida. Sebagai molekul terkecil dan paling sulit, hidrogen paling tidak menunjukkan kedekatan dengan membran , dan karbon dioksida, sebagai molekul paling lembut dari keempatnya, berinteraksi.

Kanatzidis, Charles E. dan Emma H. Morrison, Profesor kimia di Weinberg College of Arts and Sciences, dan penulis-penulis makalah senior, memberi pernyataan, "proses selektif yang lebih berarti , lebih sedikit siklus untuk menghasilkan hidrogen murni, dan meningkatkan efisiensi." Lebih lanjut menambahkan, "Semua materi dapat digunakan dengan sangat efektif sebagai membran untuk pemisahan gas. Kami telah menunjukkan kinerja superior mereka. "Elemen berat seperti germanium, timah dan telurium membuat seleksi pemisahan hidrogen dari karbon dioksida empat kali lebih efektif.

Menurut Kanatzidis, keuntungan lain dari proses ini adalah "rentang suhu nyaman." Yang bervariasi dari nol derajat Celsius sampai ke suhu kamar! “

Naskah aslinya : New Hydrogen Purification Method

Mengubah Air dan CO2 menjadi bahan bakar

Para peneliti sedang mencoba untuk meniru proses alami fotosintesis. Jika berhasil, kita bisa menggunakan karbon dioksida "jahat" yang dipancarkan oleh pembangkit listrik dan unit-unit industri dengan baik. Dengan cara ini, unit industri tidak perlu membentuk unit anak perusahaan baru untuk pemrosesan karbon dioksida. Para peneliti di Sandia National Laboratories telah mengembangkan sebuah prototipe mesin yang menggunakan energi matahari untuk mengubah air dan karbon dioksida ke blok bangunan molekul yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar transportasi. Jika peneliti dapat membuat perangkat ini dengan menghasilkan dua kali energi yang dihasilkan oleh proses alami fotosintesis, ini akan merupakan pelayanan besar terhadap lingkungan hidup dan akan membuka jalan untuk mendaur ulang CO2.

Hingga sekarang perangkat peniru proses fotosintesis tidak sukses besar. Tapi demonstrasi mesin yang dibuat dengan tangan - telah berhasil diuji coba musim gugur ini. Peneliti Rich Diver, penemu perangkat, menegaskan, "Ini adalah jenis prototipe pertama yang kita evaluasi."

James Miller yang merupakan insinyur kimia dengan bahan-bahan canggih Sandia laboratorium, mengatakan, "Dalam jangka pendek kita melihat ini sebagai sebuah alternatif untuk karantina." Miller berpendapat bahwa jika kita berpikir lebih dari sekadar memompa CO2 di bawah tanah selama penyimpanan permanen dan memanfaatkan energi matahari yang berlimpah untuk " pembakaran terbalik " yang akan membantu dalam mengkonversi karbon dioksida kembali menjadi bahan bakar. Miller menjelaskan, "Ini pemanfaatan CO2 yang produktif yang mungkin Anda ambil dari pabrik batu bara, tempat pembuatan bir, dan sumber-sumber terkonsentrasi serupa."

Mesin menyerupai sebuah silinder dan diberi nama sebagai Counter-Rotating-Ring Receiver Reactor Recuperator (CR5). Hal ini tergantung pada panas matahari terkonsentrasi untuk mengaktifkan termo-reaksi kimia dalam material komposit yang diperkaya besi. Materinya dirancang sedemikian rupa sehingga ketika terkena panas ekstrim, melepaskan molekul oksigen dan kemudian mengambil molekul oksigen setelah mendingin .

Mesin ini memiliki dua ruangan, satu di setiap sisi. Satu sisi adalah panas, lainnya dingin. Di tengah-tengah terdapat kumpulan dari 14 Frisbee - seperti cincin yang berputar pada satu putaran per menit. Sisi luar masing-masing membawa cincin komposit oksida besi didukung oleh sebuah matriks zirkonium. Para peneliti juga memasang solar konsentrator untuk memanaskan bagian dalam satu ruang sampai 1.500 º C. Hal ini menyebabkan pelepasan molekul oksigen oleh oksida besi di salah satu sisi cincin. Sekarang sisi yang terkena cincin berputar ke arah yang berlawanan ruangan. Perlahan-lahan ia kehilangan panasnya dan karbon dioksida dipompa masuk pendinginan ini membantu oksida besi untuk memperolah kembali molekul oksigen dari CO2, meninggalkan karbon monoksida. Proses ini diulang terus menerus dengan menggunakan pasokan suplai CO2 dan memberikan aliran karbon monoksida.

Miller berpendapat bahwa hidrogen dapat dihasilkan dengan menggunakan proses yang sama. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa air (H2O), bukan karbon dioksida (CO2), dipompa ke kamar kedua.Ke dua yaitu gas hidrogen dan karbon monoksida dapat kemudian dicampur bersama-sama untuk membuat syngas. Syngas ini dapat digunakan untuk membuat " pengganti drop-in " untuk bahan bakar tradisional.

Rich Diver telah berpikir tentang keekonomian hidrogen dalam pikirannya ketika ia awalnya merancang mesin. Dia ingin melewati inefisiensi dari elektrolisis dan memanfaatkan mesin panas matahari yang dapat menghasilkan hidrogen dan oksigen secara langsung. Hal ini akan mengurangi listrik sebagai perantara. Pendekatan yang sama sedang diadopsi oleh para peneliti di Jepang, Perancis, dan Jerman. Tetapi tim Sandia segera menyadari kelemahan dari proses seperti yang mengkonversi CO2 menjadi karbon monoksida. Mereka adalah pembuka jalan untuk mengurangi efek buruk dari bahan bakar fosil yang kita konsumsi. Perangkat mereka akan membatasi dampak dari pembakaran batu bara dan gas alam untuk listrik dan proses industri lainnya.

Rich Diver merasa bahwa jika dia menghendaki agar perangkatnya menguntungkan untuk orang biasa, ia harus meningkatkan efisiensi dari sistem. Jika tim Sandia dapat menunjukkan efisiensi yang lebih tinggi, "itu bisa menjadi langkah penting ke depan," kata Vladimir Krstic. Vladimir Krstic adalah direktur Pusat Pabrikan dari Advanced Keramik dan Nanomaterials di Queen's University di Kingston, Ontario.

Ilmuwan memandang bahwa orang harus menunggu selama setidaknya 15 sampai 20 tahun sebelum teknologi siap untuk pasar. Mereka berencana untuk mengembangkan generasi baru prototipe setiap tiga tahun dengan tujuan untuk menunjukkan peningkatan solar untuk efisiensi konversi bahan bakar dan penurunan biaya. Mereka ingin mencapai tujuan yang disebutkan di atas dengan mengembangkan komposit keramik baru yang melepaskan molekul oksigen pada suhu yang lebih rendah. Ini akan membantu dalam mengkonversi lebih banyak energi matahari menjadi hidrogen atau karbon monoksida.

Miller menyatakan, " Tujuan jangka pendek kami adalah mendapatkan ini untuk ke beberapa persen efisiensi. Mungkin tampak seperti angka yang rendah, tetapi kami ingin membandingkan bahwa untuk fotosintesis, yang sebenarnya adalah cara yang sangat tidak efisien menggunakan sinar matahari. "Dia juga menunjukkan adanya kelemahan dari proses yang maksimun efisiensi untuk fotosintesis secara teoritis adalah sekitar 5 persen, tapi di alam nyata ini cenderung turun menjadi sekitar 1 persen. Ia mendefinisikan dengan jelas tujuannya, "Jadi, kita mungkin memulai dengan efisiensi sangat rendah, tapi kita ingin tetap dalam konteks apa yang kita miliki untuk mengalahkannya. Pada akhirnya, kita percaya kita harus masuk ke dalam kisaran 10 persen sinar matahari ke bahan bakar, dan kita masih jauh dari hal tersebut. "

Naskah aslinya : Converting Water and CO2 Into Fuel

AEoogle Search