фотосинтез - для выработки электроэнергии?

User avatar
rvd
Уже с Приветом
Posts: 1418
Joined: 04 Aug 2005 19:12

фотосинтез - для выработки электроэнергии?

Post by rvd »

не слыхали?
тривиальщину - типа рубим дерево и жжем не предлагать :-)
навеяно http://en.wikipedia.org/wiki/Photosynthesis:
The light energy is converted to chemical energy using the light-dependent reactions. This chemical energy production is more than 90% efficient with only 5-8% of the energy transferred thermally.

The cells in the interior tissues of a leaf, called the mesophyll, can contain between 450,000 and 800,000 chloroplasts for every square millimeter of leaf

Through photosynthesis, sunlight energy is transferred to molecular reaction centers for conversion into chemical energy with nearly 100-percent efficiency. The transfer of the solar energy takes place almost instantaneously, so little energy is wasted as heat.

A study led by researchers with the U.S. Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) and the University of California at Berkeley suggests that long-lived wavelike electronic quantum coherence plays an important part in this instantaneous transfer of energy by allowing the photosynthetic system to simultaneously try each potential energy pathway and choose the most efficient option. Results of the study are presented in the April 12, 2007 issue of the journal Nature.
Лучшее - враг хорошего!
Noskov Sergey
Уже с Приветом
Posts: 5430
Joined: 05 Sep 2002 18:45
Location: CAB

Post by Noskov Sergey »

И слышали и даже обсуждали на my Lab's meeting. Классная статья, авторы правда маленько спекулируют на предмет quantum computing (so we invited some folks doing quantum computing and quantum information from across the street in Physics). Т.е. якобы в этой системе множество путей реализованы одновременно, более простое резонансное/tunneling обьяснение предложенное для переноса электрона Давидом Бераданом (David Beratan) из Duke авторы мальца проигнорировали. Резонирует елемент структуры (THR? у Берадана).
http://www.pnas.org/cgi/content/full/102/10/3552

Высокий выход по енергии вполне обьясняло. В спектроскопии , о которой идет речь в статье, структурные факторы не учитываются вообще, речь идет о спектральных свойствах и некоторых временах релаксации. Обьяснений может быть много, но авторы предпочли квантовые компьютеры и декогеренцию. Експеримент был просто state of the art.

Второй момент, долго-живущие состояния (hundreds ps) найденные авторами живут при 70 К, и не слишком ясно сколько они будут жить при комнатной температуре + water heat bath would probably kill them instantly
Last edited by Noskov Sergey on 17 May 2007 06:00, edited 2 times in total.
User avatar
tau797
Уже с Приветом
Posts: 14798
Joined: 27 Aug 2001 09:01
Location: Russia->USA->Russia

Re: фотосинтез - для выработки электроэнергии?

Post by tau797 »

rvd wrote:не слыхали?
тривиальщину - типа рубим дерево и жжем не предлагать :-)
навеяно http://en.wikipedia.org/wiki/Photosynthesis:
The light energy is converted to chemical energy using the light-dependent reactions. This chemical energy production is more than 90% efficient with only 5-8% of the energy transferred thermally.

Ой, а суть по-русски можно?
Любите людей.
King Regards,
Andrey
Noskov Sergey
Уже с Приветом
Posts: 5430
Joined: 05 Sep 2002 18:45
Location: CAB

Post by Noskov Sergey »

Я могу завтра написать вкратце суть статьи с кратеньким синопсисом и моими комментами.
User avatar
Иоп
Уже с Приветом
Posts: 8832
Joined: 18 Feb 2005 08:00
Location: Yekaterinburg --> Toronto

Post by Иоп »

КПД 90% или 5-8/0.9?
С точки зрения термодинамики, это подозрительно... :nono#: В чем уловка?
User avatar
rvd
Уже с Приветом
Posts: 1418
Joined: 04 Aug 2005 19:12

Post by rvd »

Иоп wrote:КПД 90% или 5-8/0.9?
С точки зрения термодинамики, это подозрительно... :nono#: В чем уловка?

ето кпд передачи електронов и химической реакции создания молекул сахара, а не преобразования света. Но где-то читал, что и кпд преобразования тоже высокий, гораздо выше, чем у силикона. За счет 3-х мерности хлорофил захватывает больше фотонов на единицу площади. Я нагугглил несколько компаний, которые пошли по етому пути и сообщают о супер результатах, но не знаю, насколько врут. как говорится, пока сам не пощупаю не поверю.
Лучшее - враг хорошего!
User avatar
Flash-04
Уже с Приветом
Posts: 63430
Joined: 03 Nov 2004 05:31
Location: RU -> Toronto, ON

Post by Flash-04 »

Noskov Sergey wrote:Я могу завтра написать вкратце суть статьи с кратеньким синопсисом и моими комментами.

просим, просим :appl:
Noskov Sergey
Уже с Приветом
Posts: 5430
Joined: 05 Sep 2002 18:45
Location: CAB

Post by Noskov Sergey »

Был и остаюсь очень занят. Помню и обещаю написать.
Речь , в статье, идет о quantum yield, причем в применении к спектроскопии. Т.е. процент излученных/поглощенных фотонов.
VitaliyK
Уже с Приветом
Posts: 1571
Joined: 10 Jun 2004 19:43

Post by VitaliyK »

Мне бы тоже хотелось прочесть "разжеванный" материал. :hat:
Noskov Sergey
Уже с Приветом
Posts: 5430
Joined: 05 Sep 2002 18:45
Location: CAB

Post by Noskov Sergey »

Занят был просто сумасшедше. Ну начнем (статьи с утра под рукой нет, поэтому по памяти и могу потом подправить)

Что изучали - Перенос энергии в антенных комплексах, т.е. длинном протеине, который служит рецептором света *фотонов, и передает импульс в реакционный центр - хлорозол? Как изучали электронная Фурье спектроскопия. Как работает, ну в общем то довольно просто, подается несколько импульсов с разной частотой, первый импульс по идее должен поместить систему в когерентное состояние, т.е. состояние когда электронные колебания практически полностью воспроизводят гармонические колебания маятника. Что тут такого забавного, ну состояния эти описываются обычно для низких температур, квантовых систем (Бозе-Эйнштейн конденсат), маленьких кластеров. В чем прелесть подобной когеренции - круть конечно :mrgreen: , а если серьезно то тотже что и суперпроводимость - быстырй перенос сигнала.

Тут мы имеем порядка 70000 атомов органики, причем по идее находящизся в прямом контакте с резервуаром определяющим температуру системы 300 К. В таком случае декогеренция, т.е. утрата данной информации должна быть почти мгновенной или не регистрируемой. С первым имульсом более или менее разобрались.

Потом на систему подавали второй импульс с определенной частотой, для появления возбужденных состояний.

Ну и третий для создания противофазы. Если в системе нет долгоживущих электронных корреляций то два импульса с разными фазами суммируются в 0.0. В противном случае появляется весьма значительный диагональный компонент спектра *Фурье.

Надо ли говорить, что диагональный компонент у авторов был и даже очень большой. Мерялись времена релаксации, спектры испускания и т.д. Товарищи нашли когерентные состояния живущие по 600-700 фемтосекунд, что не просто долго. Очень долго...


Продолжение напишу о дискуссии, спекуляциях и прочем. Пора топать и мучать аспирантов.
OtecFedor
Уже с Приветом
Posts: 8378
Joined: 17 Oct 2001 09:01
Location: Уездный город N

Post by OtecFedor »

rvd wrote:
Иоп wrote:КПД 90% или 5-8/0.9?
С точки зрения термодинамики, это подозрительно... :nono#: В чем уловка?

ето кпд передачи електронов и химической реакции создания молекул сахара, а не преобразования света. Но где-то читал, что и кпд преобразования тоже высокий, гораздо выше, чем у силикона. За счет 3-х мерности хлорофил захватывает больше фотонов на единицу площади. Я нагугглил несколько компаний, которые пошли по етому пути и сообщают о супер результатах, но не знаю, насколько врут. как говорится, пока сам не пощупаю не поверю.

Я где-то читал что самый высокий КПД у кукурузы около 5% по-моему. Солнце дает 1KW/m^2 так что при 90% плотность енергии недетская получется, в живых системах такого и близко нет.

Проблема солнечных баарей не в захвате фотонов, а в преобразовании непрерывного солнечного спектра посредством single-band absorption, т.е. теряетса енергуя фотонов что ниже band gap и педается не вся для тех что выше. Ну и кремний non-direct band gap material, есть еше проблема.
OtecFedor
Уже с Приветом
Posts: 8378
Joined: 17 Oct 2001 09:01
Location: Уездный город N

Post by OtecFedor »

Иоп wrote:КПД 90% или 5-8/0.9?
С точки зрения термодинамики, это подозрительно... :nono#: В чем уловка?

А с точки зрения термодинамики все ОК, температура солнечного излучения 5000К, температура земли 300 К, имеем КПД Карно (5000-300)/5000=95%.
User avatar
rvd
Уже с Приветом
Posts: 1418
Joined: 04 Aug 2005 19:12

Post by rvd »

OtecFedor wrote:Проблема солнечных баарей не в захвате фотонов, а в преобразовании непрерывного солнечного спектра посредством single-band absorption, т.е. теряетса енергуя фотонов что ниже band gap и педается не вся для тех что выше. Ну и кремний non-direct band gap material, есть еше проблема.

обратите внимание на спектр поглощения хлорофила - там есть пики. Кстати, у разных растений ето пики могут быть смещены, что позволяет расти видам на разной высоте.
Image
Лучшее - враг хорошего!
VitaliyK
Уже с Приветом
Posts: 1571
Joined: 10 Jun 2004 19:43

Post by VitaliyK »

Сергей, спасибо за подробное обьяснение. Мне конечно до физиков далеко, но что-то для себя я усвоил.
:hat:
OtecFedor
Уже с Приветом
Posts: 8378
Joined: 17 Oct 2001 09:01
Location: Уездный город N

Post by OtecFedor »

rvd wrote:обратите внимание на спектр поглощения хлорофила - там есть пики.

И чего в етом хорошего? Преобразуется далеко ме весь спаекр AM1 radiation.
User avatar
vm__
Уже с Приветом
Posts: 11756
Joined: 10 Feb 2005 16:08
Location: CMH

Post by vm__ »

OtecFedor wrote:
rvd wrote: обратите внимание на спектр поглощения хлорофила - там есть пики.
И чего в етом хорошего? Преобразуется далеко ме весь спаекр AM1 radiation.
Кажется (на первый взгляд), что вовсе ничего хорошего :sadcry:
User avatar
KP580BE51
Уже с Приветом
Posts: 15007
Joined: 14 Jun 2005 11:50
Location: Ukraine

Post by KP580BE51 »

OtecFedor wrote:
rvd wrote:обратите внимание на спектр поглощения хлорофила - там есть пики.

И чего в етом хорошего? Преобразуется далеко ме весь спаекр AM1 radiation.

Представил лес с черными листьями. Фтопку!
User avatar
Flash-04
Уже с Приветом
Posts: 63430
Joined: 03 Nov 2004 05:31
Location: RU -> Toronto, ON

Post by Flash-04 »

Noskov Sergey, спасибо :hat: хотя мне как человеку далекого от этого края науки, мало что понятно :(
если на пальцах, что-нибудь искусственное, с КПД выше чем современные солнечные батареи можно построить на этом принципе? теоретически конечно
User avatar
KP580BE51
Уже с Приветом
Posts: 15007
Joined: 14 Jun 2005 11:50
Location: Ukraine

Post by KP580BE51 »

Flash-04 wrote:Noskov Sergey, спасибо :hat: хотя мне как человеку далекого от этого края науки, мало что понятно :(
если на пальцах, что-нибудь искусственное, с КПД выше чем современные солнечные батареи можно построить на этом принципе? теоретически конечно

Мне кажется что в глубокой теории, возможно: Квант света который будет улавливаться не одним PN переходом, а длинной молекулой, может поймать его более эффективно. Но вот насколько оно реально в реальности, я не знаю.
User avatar
Koza
Уже с Приветом
Posts: 1979
Joined: 31 Aug 2004 08:41
Location: AU

Post by Koza »

[Light-harvesting]
Прицепить к кремнию дендример, собирающий свет на манер хлорофилла.
Fat people pollute visual landscape.
OtecFedor
Уже с Приветом
Posts: 8378
Joined: 17 Oct 2001 09:01
Location: Уездный город N

Post by OtecFedor »

Прослушал недавно лекцию одного светилы про фтосинтез. Теоретический КДП фотосинтеза 10.5% ето преобразования енергии ислучения в ентальпию простых крахмалов. Самый высокий реальный КПД у цианобактерий 5%, но ето преобразование в липиды. Даже если по самым оптимистическим подсчетам взять КПД 50% преобразования из крахмалов во вторичную енергию (електричество), имеем суммарный КПД 2.5%, с учетом потерь меньше 1%. Ето просто смешно, самый поганый amorphous silicon cell дает 8% прямого преобразования.
User avatar
Azzi
Уже с Приветом
Posts: 1924
Joined: 27 Jul 1999 09:01
Location: USA

Post by Azzi »

Совершенно согласен насчет низкой эффективности биосистем. Эффективность еще не всё, иначе ставили бы концентраторы и GaAsP батареи с КПД 36-40% как на спутниках. С другой стороны бактерии/растения/фитопланктон могут размножаться, т.е. стоимость такой "солнечной электростанции" будет существенно ниже в расчете на ватт. И при надлежащем уходе не будет деградации как в неорганических солнечных модулях.
User avatar
KP580BE51
Уже с Приветом
Posts: 15007
Joined: 14 Jun 2005 11:50
Location: Ukraine

Post by KP580BE51 »

Azzi wrote:Совершенно согласен насчет низкой эффективности биосистем. Эффективность еще не всё, иначе ставили бы концентраторы и GaAsP батареи с КПД 36-40% как на спутниках.

Сюда уже постили статью журналястров, про японцев которые прикрутили линзу Френеля к такому элементу и совершили "великое открытие".

С другой стороны бактерии/растения/фитопланктон могут размножаться, т.е. стоимость такой "солнечной электростанции" будет существенно ниже в расчете на ватт. И при надлежащем уходе не будет деградации как в неорганических солнечных модулях.

Они все равно будут занимать площадь.

Return to “Наука и Жизнь”