Connect with us

Технологии

Раскрыт секрет молекул воды: ученые нашли способ создать дешевое водородное топливо

Published

on

Учёные сделали важное открытие, которое может существенно снизить стоимость производства водородного топлива.

Химики обнаружили скрытый энергетический барьер в процессе расщепления молекул воды — ключевом этапе получения водорода. Исследование опубликовано в Nature Communications, а его суть объясняет Interesting Engineering.

Процесс водоразложения теоретически кажется простым: нужно всего 1,2 вольта напряжения, чтобы разделить воду на водород и кислород. Однако на практике для этого требуется 1,5–1,6 вольта, что делает технологию менее эффективной и более дорогой. Учёные задались вопросом: почему так происходит?

Ответ оказался в молекулах воды и их поведении под воздействием электрического поля. В эксперименте использовались электроды из гематита (минерал, богатый железом), на которые подавали напряжение. Когда напряжение прикладывается, молекулы воды, состоящие из отрицательно заряженного атома кислорода и положительно заряженных атомов водорода, переворачиваются — водородными концами к электродной поверхности. Это мешает переносу электронов от кислорода к электроду, тем самым блокируя критически важную реакцию — выделение кислорода.

Однако при более высоком напряжении или в условиях высокого pH молекулы воды могут перевернуться «обратно» — кислородным концом к электроду. Тогда электроны от кислорода свободно перетекают к активному участку электрода, а водород отделяется. Именно этот момент — “переворот” молекулы — и является тем самым энергетическим барьером, который долгое время оставался незамеченным.

Что особенно важно — химики нашли зависимость этого переворота от pH воды. В щелочной среде (высокий pH) переворот и, соответственно, расщепление происходят эффективнее. А в кислой среде (низкий pH) это требует больше энергии.

Теперь, когда учёные поняли природу этой энергетической преграды, они предлагают разрабатывать новые катализаторы, которые помогут молекулам воды быстрее и проще «переворачиваться». Это позволит проводить реакцию при меньших затратах энергии, что резко удешевит производство водорода.

Кроме того, специалисты подчеркивают, что для масштабного перехода на водородное топливо нужно использовать электрокатализаторы с подходящими оптическими и электропроводящими свойствами, а также задействовать солнечную энергию. Свет помогает снизить напряжение, необходимое для реакций, а значит — делает процесс ещё более экономичным.

Это исследование — шаг вперёд в энергетической революции: возможность получать чистый водород из воды дёшево и эффективно открывает новые горизонты для отказа от ископаемого топлива.

Источник: Interesting Engineering

Continue Reading
Advertisement
Click to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Технологии

Первый модуль готов: у Луны появится своя орбитальная станция, как она будет выглядеть

Published

on

Главный модуль для лунной орбитальной станции Gateway, под названием HALO, был доставлен в США из Европы.

Этот модуль для лунной космической станции NASA был построен компанией Thales Alenia Space и прибыл на борту грузового самолета из Италии. Модуль HALO был отправлен в испытательный центр компании Northrop Grumman в штате Аризона, где будет проходить финальную комплектацию. Компания Northrop Grumman является одним из подрядчиков, работающих над лунной программой NASA “Артемида”.

Этот модуль станет основой будущей лунной орбитальной станции Gateway, которая будет служить важным транспортным узлом для перемещения астронавтов между Землей и Луной. С помощью Gateway NASA планирует сделать пилотируемые полеты на Луну проще, а также подготовиться к пилотируемым полетам на Марс. Модуль HALO будет служить жилым и рабочим помещением для астронавтов, которые будут лететь на Луну или возвращаться с неё.

Так будет выглядеть лунная орбитальная станция Gateway

На борту модуля HALO будут размещены несколько ключевых систем: пункт управления космической станцией, система связи, а также система обеспечения энергией. Как внутри, так и снаружи модуля HALO можно будет проводить различные научные эксперименты. После завершения работы над модулем HALO, его отправят в Космический центр NASA имени Кеннеди во Флориде, где на модуль будут установлены солнечные панели, а также двигательная установка, которая обеспечит маневренность станции на орбите.

Модуль HALO отправили в испытательный центр компании Northrop Grumman в штате Аризона, где он проходит финальную комплектацию
Фото: NASA

Главный модуль лунной станции Gateway планируется отправить на орбиту вокруг Луны с помощью ракеты-носителя Falcon Heavy компании SpaceX в 2027 году. Ранее NASA планировало, что первые астронавты прибудут на станцию Gateway в 2028 году, когда станция должна быть уже полностью собрана. Хотя точные сроки не были обновлены, возможно, NASA удастся реализовать этот план в намеченные сроки.

Станция Gateway сможет работать в автономном режиме, когда на ней нет астронавтов. Это особенно важно для периодов, когда NASA не проводит очередную пилотируемую миссию на Луну в рамках программы “Артемида”. Студенты, ученые и инженеры смогут также проводить эксперименты в автономном режиме, с минимальным вмешательством астронавтов.

Известно, что станция Gateway сможет работать в автономном режиме, пока на ней нет астронавтов
Фото: NASA

По плану, астронавты на космическом корабле будут прибывать на лунную станцию Gateway и затем перемещаться с неё на поверхность Луны. После завершения миссии они будут возвращаться на станцию и затем отправляться обратно на Землю. Станция будет вращаться по вытянутой орбите вокруг Луны, которая будет варьироваться от 3000 до 70 000 километров от поверхности Луны. Модуль HALO будет соединён с другими модулями, которые будут использоваться как жилые и грузовые помещения.

Планируется, что на борту станции смогут находиться одновременно максимум четыре астронавта, что позволит проводить длительные и продуктивные исследования.

Источник: Space

Continue Reading

Технологии

Китай заменяет экипаж станции на орбите, установивший мировой рекорд

Published

on

Китай продолжает активно развивать свою космическую программу: ракета-носитель “Чанчжэн-2F” готова к запуску космического корабля “Шеньчжоу-20”, который доставит новый экипаж на орбитальную станцию “Тяньгун”.

Это будет очередная ротация астронавтов, где новый экипаж заменит команду “Шэньчжоу-19”, находящуюся на орбите уже полгода.

Ракету уже доставили на стартовую площадку космодрома Цзюцюань. Перемещение ракеты высотой 62 метра заняло около двух часов. Сейчас специалисты занимаются финальной проверкой всех систем перед запуском, дата которого пока не объявлена, но ожидается в ближайшие дни — при условии благоприятной погоды и технической готовности.

Трое новых астронавтов, чьи имена традиционно будут объявлены непосредственно перед стартом, пробудут на станции около шести месяцев. Их основная задача — продолжение научных экспериментов и техническое обслуживание станции.

Тем временем экипаж “Шэньчжоу-19” — Цай Сюйчжэ, Сун Линдун и Ван Хаоцзэ — завершает свою миссию. Они прибыли на “Тяньгун” в октябре 2024 года и провели значительное количество исследований, включая три выхода в открытый космос. Особенно выделяется декабрьский выход, длившийся 9 часов 6 минут — это новый мировой рекорд по продолжительности нахождения в открытом космосе, превзошедший предыдущий рекорд NASA 2001 года (8 часов 56 минут).

С момента завершения строительства “Тяньгун” в 2022 году Китай осуществляет регулярные пилотируемые миссии, превращая станцию в полноценную платформу для долгосрочных научных исследований в космосе.

Источник: Space

Continue Reading

Технологии

Астрономы не могут объяснить, как появилась эта странная звезда с самым сильным магнитным полем

Published

on

Магнетары остаются одними из самых загадочных объектов во Вселенной, и новое исследование, посвящённое магнетару SGR 0501+4516, только усилило интерес к ним.

Ранее считалось, что этот магнетар возник в результате взрыва сверхновой HB9. Однако данные, полученные с космических телескопов Хаббл и Gaia, показали, что он может не иметь никакого отношения к этому взрыву. Расположение и движение объекта не совпадают с остатками сверхновой, что ставит под сомнение ранее принятую теорию его происхождения.

Взрыв сверхновой. Иллюстрация
Фото: space.com

Исследователи предположили, что магнетар мог образоваться не после гибели массивной звезды, а в результате слияния двух белых карликов. Белые карлики — это останки менее массивных звезд, подобных Солнцу. Обычно, если белый карлик набирает критическую массу, он взрывается как сверхновая типа Ia. Но в некоторых случаях, если масса увеличивается не слишком резко и условия особые, белый карлик может сжаться до нейтронной звезды — и даже до магнетара.

Белые карлики могут создавать магнетары, когда они своей гравитацией притягивают к себе вещество звезды-компаньона. Иллюстрация
Фото: NASA

Это открытие расширяет представления ученых о возможных путях образования магнетаров. Оно также может помочь в понимании природы быстрых радиовсплесков — мощных, но кратковременных выбросов радиоволн, происхождение которых до сих пор остается загадкой. Теперь астрономы планируют изучить больше магнетаров, чтобы понять, насколько распространён альтернативный сценарий их появления и какую роль он может играть в других астрофизических явлениях.

Источник: Space

Continue Reading

В тренде