Edisonin akun uusi tuleminen

Stanfordin yliopiston tutkijat ovat huimasti parantaneet Edisonin nikkeli-rauta-akun tehoa. Akkua voitaneen käyttää sähkökäyttöisissä kulkuneuvoissa kuten Edison tarkoittikin.

Alunperin sähkökulkuneuvoja varten suunniteltu Edison-akku poistui lähes kokonaisuudessaan markkinoilta 70-luvun puolivälissä. Nykyään vain muutama yritys valmistaa nikkeli-rauta-akkuja, jotka päätyvät lähinnä käytettäväksi aurinko- ja tuulivoiman ylituotannon säilömiseen.

Edison-akku on hyvin kestävä (elinikä jopa kymmeniä vuosia). Haittapuolia ovat hidas lataus- ja purkausnopeus. Hongjie Dai kollegoineen on onnistunut merkittävästi parantamaan tämän sata vuotta vanhan teknologian tehokkuutta. Stanfordin tutkijaryhmä on kehittänyt nikkeli-rauta-akun, joka latautuu täysin kahdessa minuutissa ja on purettavissa alle 30 sekunnissa. Akku kestää lähes 1000 lataus-purkaussykliä. Akun korkean tehon ja halvan hinnan ansiosta se mahdollisesti soveltuu käytettäväksi sähkökulkuneuvoissa.

Edison-akun katodi koostuu nikkelistä ja anodi raudasta, elektrolyyttinä on kaliumhydroksidi. Rauta ja nikkeli ovat yleisiä alkuaineita maapallollamme. Lisäksi niitä ei voi luokitella kovinkaan myrkyllisiksi.

Hiiltä on pitkään käytetty lisäämään elektrodien sähkönjohtavuutta. Edison-akun tehostamiseksi Stanfordin tutkijat käyttävät yhden atomin paksuisista hiilinanolevyistä muodostuvaa grafeenia ja kymmenestä yhteen rullatusta grafeenilevystä koostuvia moniseinäisiä hiilinanoputkia. Tavallisissa elektrodeissa hiili sekoittuu nikkeliin ja rautaan satunnaisesti. Stanfordissa rautaoksidin nanokiteet kasvatetaan grafeenille ja nikkelioksidin nanokiteet hiilinanoputkille.

Tällä tekniikalla muodostuu metallipartikkeleiden ja hillinanomateriaalejen välille voimakas kemiallinen sidos, millä on dramaattinen vaikutus akun tehoon. Kytkemällä nikkeli- ja rautapartikkelit hiileen sähkövaraukset liikkuvat nopeasti elektrodien välillä ja virtapiirin ulkopuolella. Tuloksena on huippunopea versio nikkeli-rauta-akusta, joka voidaan ladata ja purkaa sekunneissa.

Kehitetty yhden voltin akkuprototyyppi riittää taskulampulle. Tutkijoiden tavoitteena on isomman akun valmistaminen, sitä voitaisiin käyttää sähköverkkosovelluksissa tai liikennevälineessä.

Lähde: http://news.stanford.edu

Datan lähetys kierteisen valon avulla nopeudella 2,56 terabittiä sekunnissa

USC-vetoinen tiimi demonstroi kuinka valon säteet voidaan kiertää ja yhdistää datan lähettämiseksi huimalla nopeudella. Siirtonopeus on jopa 2,56 terabittiä sekunnissa.

Mittasuhteet selkeytyvät vertaamalla tavanomaista laajakaistayhteyttä, jonka nopeus on noin 30 megabittiä sekunnissa, tähän uuteen järjestelmään. Uusi järjestelmä on 85 000 kertaa nopeampi kuin nykyinen peruslaajakaistayhteys.

Tutkijaryhmän työtä voidaan käyttää rakennettaessa hyvin nopeita satelliittiyhteyksiä ja lyhyen kantaman maanpäällisiä yhteyksiä. Lisäksi menetelmä on potentiaalinen sovellettavaksi myös valokaapelijärjestelmissä.

Lähde: http://www.usc.edu

Estrogeenin poisto juomavedestä silkkivyökäävästä saatavan entsyymin avulla

Ehkäisypillereiden käyttö on hyvin yleistä ja suuri määrä keinotekoista estrogeeniä päätyy virtsan mukana vesistöön. Jätevedenpuhdistamot eivät kykene tavanomaisin menetelmin hajottamaan hyvin pysyvää etinyyliestradiolia, minkä vuoksi hormoni päätyy jokiin ja järviin sekä akkumuloituu juomaveteen. Tämä aiheuttaa kaloille ja muille vesieläimille lisääntymisongelmia, vakavia kehityshäiriöitä ja feminisaatiota. Estogeenisaasteiden pitkäaikaisvaikutuksia ihmisille ei tunneta vielä kovin hyvin, mutta teollistuneiden maiden miesten siittiöiden määrän lasku ja heikentynyt hedelmällisyys voi hyvinkin olla kytköksissä näihin saasteisiin. Lisäksi kives- ja eturauhassyöpä sekä osteoporoosi voivat olla seurausta ihmiskehon merkittävästi kohonneista estrogeenikonsentraatioista.

Monista organismeista saadaan lakkaasientsyymejä, jotka kykenevät muun muassa pilkkomaan aromaattisia yhdisteitä. Erityisen tehokasta tähän käyttöön sopivaa entsyymiä on silkkivyökäävässä. Bielefeldin yliopiston opiskelijat pyrkivät synteettisen biologian menetelmin tuottamaan entsyymiä taloudellisesti ja turvallisesti. He ovat onnistuneet eristämään eri bakteereista useiden lakkaasien geenit ja haluavat selvittää miten entsyymit hajottavat yhdisteitä kuten estogeenejä, hyönteismyrkkyjä ja lääkeaineita. Tarkoituksena on myös immobilisoida entsyymit suodatinmateriaaleille.

Lähde: http://www.uni-bielefeld.de/

Tesla Motorsin Model S -sähköauton toimitukset alkoivat

Tesla Motorsin Model S on korkealuokkainen sedanmallinen sähköauto. Teslan kehittynyt sähköinen voimansiirto on hyvän suorituskyvyn tae. Auto kiihtyy 5,6 sekunnissa nollasta kuuteenkymmeneen mailiin tunnissa. Huippunopeus on 125 mailia per tunti. Model S on saatavilla 40, 60 tai 85 kWh:n litiumioniakulla ja matkaa taittuu kertalatauksella akun kapasiteetin mukaan 160, 230 tai 300 mailia. Auton hinta on alkaen 49 900 dollaria.

Lähde: http://www.teslamotors.com

Ihmiskäyttöinen helikopteri

American Helicopter Society julisti vuonna 1980 helikopteripioneeri Igor Sikorskyn kunniaksi kilpailun ihmiskäyttöisestä helikopterista. AHS Sikorsky -palkinnon ($250 000) voittamiseksi kilpailijan tulee rakentaa helikopteri, jonka käyttövoima on peräisin vain ihmisestä. Lisäksi helikopterin on oltava ilmassa 60 sekuntia, joiden aikana sen tulee saavuttaa hetkellisesti kolmen metrin korkeus ja pysyä kymmenen neliömetrin alueella. Yksikään kulkuneuvo ei ole tähän päivään mennessä täyttänyt vaatimuksia.

AHS Sikorsky -haasteen inspiroimana on syntynyt Gamera-projekti, johon osallistuvat Marylandin yliopiston A. James Clark School of Engineeringin oppilaat. He ovat tehneet aikaisemmin lentoajan maailmanennätyksen Gamera I -helikopterillaan, josta oppilaat ovat nyt kehittäneet tehokkaamman ja kevyemmän Gamera II:en. Heinäkuun 20. päivä Gamera II saavutti ensimmäisellä lennollaan epävirallisen 35 sekunnin lentoajan.

Gamera II koostuu neljästä roottorista, jotka on asetettu X:n muotoisen kehikon päihin. Pilotin paikka on kehikon keskellä. Jokainen kehikon palkki on 60 jalkaa pitkä ja roottorit ovat läpimitaltaan 42,6 jalkaa. Balsapuun, vaahtomuovin, mylarin, hiilikuidun ja muiden kevyiden rakennusaineiden ansiosta helikopteri painaa pilotin kanssa vain 71 paunaa. Käsi- ja jalkapolkimilla tuotetaan kaikki käyttövoima, joka välitetään roottoreihin ketjujen, hammaspyörien ja narun kautta.

Lähde: http://www.agrc.umd.edu/

Suomalainen FlyNano-vesitaso neitsytlennollaan

FlyNanon sähkökäyttöisen prototyypin ensimmäinen testilento tapahtui Kirkkonummen Hepari-järvellä 11.6.2012.

FlyNano on yksipaikkainen kevytrakenteinen vesitaso. Se on hiljainen ja päästötön sähkömoottorinsa ansiosta. FlyNano on suomalaisen säännöstön mukaan C-luokan liidin, eikä sen lentämiseen näin ollen ainakaan Suomessa tarvita lentolupakirjaa. Tästä huolimatta hyvä tuntemus vesitason ohjaamisesta ja ilmailualan turvallisuusnäkökohdista on toivottavaa. FlyNanolla voi lentää 3000 metrissä, mutta nautinnollisempaa lentäminen on lähempänä veden tai maan pintaa. Matkanopeus on 140 km/h. Polkimilla ohjataan sivuperäsintä ja sauvalla korkeusperäisintä, siivekkeitä ja kaasua. FlyNanolla voi liitää myös ilman moottoria liitosuhteen ollessa 1:6. FlyNanossa ei ole tuulilasia eikä ohjaamoa, filosofiana on ’tunne tuuli’. Kypärän, suojalasien sekä kuiva- tai märkäpuvun käyttöä kuitenkin suositellaan. FlyNanon veroton hinta on alkaen 32 000 euroa.

Lähde: http://www.flynano.com/

Kaksisuuntainen langaton teknologia

Nykyiset langattomat järjestelmät ovat yksisuuntaisia, mikä tarkoittaa sitä että lähetys ja vastaanotto vaativat vuorottelua tai frekvenssisegmentin käyttöä. Hyvä esimerkki tästä on radiopuhelin.

Waterloon yliopistossa on kehitetty kaksisuuntainen langaton teknologia, jolla voidaan yhdellä radiokanavalla samanaikaisesti sekä vastaanottaa että lähettää langaton signaali. Kaksisuuntainen langaton järjestelmä muun muassa tuplaa siirtonopeudet, helpottaa langattoman verkon rakentamista ja lisää tietoturvallisuutta.

Lähde: http://www.cst.uwaterloo.ca

Torium ydinvoimalan polttoaineena

Torium voisi olla uraania turvallisempi ja ympäristöystävällisempi polttoaine ydinvoimaloissa.

Siitä asti kun ydinvoimaa on kehitetty on erilaisia strategioita ydinjätteen vähentämiseksi ja hävittämiseksi harkittu. On kahden tyyppistä ydinjätettä: fissiotuote- ja aktinidijätettä. Näistä fissiojätettä on yleensä helpompi hallita, koska sen puoliintumisaika on suhteellisen lyhyt. Päinvastoin on aktinidijätteen kanssa, se vaatii tavallisesti tuhansien vuosien säilyttämistä erityisissä tähän tarkoitukseen rakennetuissa tiloissa.

Moni tutkija pitää aktinidijätettä hyödynnettävissä olevana voimavarana. Jäte voidaan kierrättää reaktoreissa ja käyttää uudelleen ydinpolttoaineena. Uraanipolttoaineen kanssa ongelmana on sopivan kaupallisen reaktoriteknologian puuttuminen. Lisäksi aktinidijätteen kierrättäminen uraaniin polttoainesyklissä ei ole turvallista. Jos uraani polttoainelähteenä korvataan toriumilla, voidaan käyttää nykyistä reaktoriteknologiaa ja aktinidijäte hyödyntää turvallisesti.

Toriumille on mahdollista polttoainesykli, jonka jätteenä on vain fissiotuote. Tulevia sukupolvia ajatellen toriumia käyttävän reaktorin tuottamat jätteet olisi helposti hallittavissa. Lisäksi toriumvarat ovat uraaniin nähden riittoisammat.

Lähde: http://www.cam.ac.uk

Panasonicilta massatuotantoon pitkäikäiset aurinkosähkön varastointiin tarkoitetut litiumioniakkujärjestelmät

Panasonic aloittaa kesäkuussa turvallisten ja pitkäikäisten litiumioniakkujärjestelmien massatuotannon. Tuotteen kohderyhmänä on eurooppalaiset kodit. Saksassa ja muissa eurooppalaisissa maissa hallitukset leikkaavat aurinkosähkön ostohintoja, minkä vuoksi kotitalouksien kannattaa hyödyntää tuottamansa aurinkosähkö omassa käytössä. Panasonicin akkujärjestelmällä kuluttaja voi varastoida sähkön eikä sitä tarvitse enää myydä eteenpäin. Panasonic ennustaakin suuren mittakaavan akkujärjestelmille nopeasti kasvavaa kysyntää.

Litiumioniakkujärjestelmä koostuu Panasonicin 1,35 kWh nimelliskapasiteetin akusta sekä akun latausta ja purkua valvovasta hallintajärjestelmästä. Akkujärjestelmä varastoi aurinkokennojen tuotantopiikit ja vapauttaa säilömänsä sähköenergian kun sille on tarvetta, mikä auttaa kotitalouksia kuluttamaan itse tuottamansa aurinkosähkön. Järjestelmä vähentää myös kotitalouksien riippuvuutta sähköverkosta ja edesauttaa vihreän energian tulemista.

Saksassa ollaan huolissaan ongelmista, joita tuuli- ja aurinkosähkön sähköverkkoon liitäminen aiheuttaa. Koska tuuli- ja aurinko-olosuhteita ei voida aina tarkasti ennustaa, voi sähkön jakelusta tulla epästabiilia. Nykyaikainen litiumioniakkuteknologia ja korkealaatuiset akunhallintajärjestelmät auttavat kuluttajia käyttämään tuottamansa aurinkosähkön, mutta ne myös tasaavat kulutuspiikkejä ja suojaavat näin ollen sähköverkkoa.

Lähde: http://panasonic.co.jp

Kiinteäoksidipolttokenno hyvällä hyötysuhteella

Yksittäiset kodit ja kokonaiset asuinalueet voisivat saada sähkönsä uudesta pienen kokoluokan kiinteäoksidipolttokennosta (SOFC), jolla saavutetaan jopa 57 prosentin hyötysuhde. Hyötysuhde on merkittävästi korkeampi kuin aikaisemmin on raportoitu SOFC-järjestelmille tässä kokoluokassa.

Kyseisessä Department of Energy’s Pacific Northwest National Laboratoryn (PNNL) kehittämässä SOFC:ssä käytetään polttoaineena metaania. Polttokennojärjestelmästä on tehty mahdollisimman tehokas käyttämällä PNNL:n mikrokanavateknologiaa yhdessä ulkoisen höyryreformointi- ja polttoainekierrätysprosessien kanssa. PNNL:n systeemissä käytetään polttokennopinoja, jotka on aikaisemmin kehitetty Department of Energy’s Solid State Energy Conversion Alliancen tuella.

Tähän asti ollaan oltu kiinnostuneita lähinnä isommista vähintään yhden megawatin järjestelmistä, mutta nyt on osoitettu että pienemmät SOFC-järjestelmät (välillä 1-100 kW) ovat varteen otettavia vaihtoehtoja erittäin tehokkaaseen paikalliseen sähköenergiantuotantoon. Sadan kilowatin järjestelmä riittää arviolta 50 amerikkalaiselle kotitaloudelle.

PNNL:n käyttämässä ulkoisessa höyryreformointiprosessissa höyry sekoittuu polttoaineen kanssa, jolloin nämä kaksi reagoivat keskenään muodostaen intermediaattituotteita. Intermediaatit, hiilimonoksidi ja vety, reagoivat edelleen hapen kanssa polttokennon anodilla, jolloin syntyy sähköä ja sivutuotteina höyryä ja hiilidioksidia. Ulkoinen höyryreformointi vaatii lämmönvaihtimen, jonka lämpöä johtava seinämä eristää kaksi kaasua toisistaan. Seinämän toisella puolella kulkee polttokennosta ulos tuleva kuuma kaasu ja toisella puolella kennon sisään menevä kylmä kaasu, joka lämpiää lämmönvaihtimessa polttokennoreaktioiden tarvitsemaan lämpötilaan.

PNNL:n mikrokanavateknologia on avainasemassa polttokennojärjestelmän hyvän hyötysuhteen saavuttamisessa. Sen sijaan että käytettäisiin vain yhtä kaasut erottavaa seinämää, PNNL:n järjestelmässä käytetään useita seinämiä. Ne on saatu aikaan sarjalla pienen pieniä kiertäviä kanavia, mikä lisää seinämien pinta-alaa ja mahdollistaa lämmön tehokkaan siirtymisen. Toinen ainutkertainen näkökohta järjestelmässä on kierrätys. Anodilta tuleva höyry ja lämpö ylläpitävät reformointiprosessia. Järjestelmä ei tarvitse sähkölaitetta veden kuumentamiseksi höyryksi. Lisäksi höyryn uudelleenkäytössä osa edellisen kierroksen hyödyntämättömästä polttoaineesta kulkeutuu kennoon uudelleen.

Polttokennon suuri etu tavanomaiseen energiantuotantoon verrattuna on hyvä hyötysuhde. Tavallisen polttomoottorin muuntaa vain 18 prosenttia polttoaineen kemiallisesta energiasta sähköksi, kun taas SOFC:llä saavutetaan jopa 60 prosentin hyötysuhde. Mitä parempi hyötysuhde sitä vähemmän polttoainetta kuluu ja ilmansaasteita muodostuu tiettyä tuotettua sähkömäärä kohden.

Lähde: http://www.pnnl.gov