Solljus , elektricitet och kemiskt bränsle som energibärare

1. Solljus, elektricitetochkemisktbränslesomenergibärare Igor Zorić TillämpadFysik, Chalmers f7xiz@chalmers.se

2. Sammanfattningfråntidigaremöten Mötenr 1. A) Vadärenergi? Definierarviktigabegrepprelaterade till energin. B) Energi: Möjligheteroch dilemma: Diskuterarenergianvändninginationelltochglobaltperspektivsamtframtidsscenarier

3. Sammanfattningfråntidigaremöten Möte nr 2. • Energifrågorochenergiteknikföret hållbartsamhälle - en inkörsport till naturvetenskapochteknik: Mångfaldavtemanochtankekartor (mind maps) somillustrerarolika NT- och SO-aspekterkopplade till energifrågor; Frånsolljus till elbil,……. D) Klimatochenergifrågoriettlokaltochindividuelltperspektiv

4. Syftet med dagensmöte-I? Möte nr 3E) Diskuteraochredovisaexperimentellaaktiviteter med energirelateradefrågorifokus E1) Föreläsning : Solljus, elektricitetochkemisktbränslesomenergibärare(IZ) E2) Energiimänniskanstjänst: Delta i experiment somillustrerarviktigaenergirelateradebegrepp/komponenter/system (Johan R).

5. Syftet med dagensmöte-II: Experiment, Experiment, Experiment,……….???? (riktade mot eleverpåmellanstadienivån) • Är experiment värdefullasomkomplement till föreläsningar? • Ärexperiment mestvärdefullaförlärareellerförelever? • Ärdetbästattpresenteraexperimentenföre, under ellerefterföreläsningarna? • Vilkentypav experiment ärmestintressanta: a) expsomillustrerargenerellabegrepp, b) expsomillustrerarspecifikakomponenter, c) expsomillustrerarenergisystem, d) allatyperav experiment ärlikaviktiga?

6. Solljus, elektricitetochkemisktbränslesomenergibärare Innehållet: • Början • Mittendel • Slutet

7. Början BK’s angreppssätt: Väljetttema: Tema – solel Gören tankekarta Startpunkt –> solen Slutmål –> en elbil

8. Tema – elektricitetfrånsolen Startpunkt – solen Mål - elbil Vadärsolen –> Vadärettplasma? Hur het ärsolen? Vadärstrålning? Vadärsvartkroppsstrålning? Varförär den strålningsomträffaryttre jordatmosfärenannorlundaän den somträffarjordytan? Absorption. Varifrånkommersolens energi? – Vadärfusion? Närnårljusetjorden – ljusetshastighet? Batteri. Laddning. Laddare Vadär en solcell? Vadär en halvledare?. Solpaneler. Nanoteknik Elmotor. Elektriskström. Elektrisk spänning. Effekt. Likström. Växelström. Transformator. Högspänning.

9. Tema 1 solel Mind-map: Frånsolljus till elbil Startpunkt – solen Mål - elbil

10. Tema 2: sol-vätgasMind-map: Frånsolljus till elbil Startpunkt – solen Mål - elbil Alt 2

11. Tema 3: sol-vätgasFrånsolljus till vätgasbil-H2somkemiskbränsle Startpunkt – solen Mål - vätgasbil Alt 3

12. Vätgasbaseradekonomi! H2 lagring H2 O2 Solen H2 Solljus O2 H2O Fotoinduceradsönderdelningavvatten 2 H2O  2 H2 + O2 H2O Electricitet Bränslecell

13. H2somenergibärare ≈4 kg H2 behövsombord

14. H2somenergibärare Metallhydrid Flytande 200 bar (gas) 4 kg H2

15. Mittendel: Genomgångav experiment fråntema 1, 2 eller 3 Struktur: • Formulera problem/uppgift • Formulera en hypotes • Identifieravariabler; beroendeochoberoende? • Vadbehövs? • Genomför experiment • Analys + slutsatser

16. Svartkroppsstrålning?Undersökhurtemperaturenvarierarsomfunktionaveffektenfrån “solen” • Hypotes: T=f(P)? • Behövs HUR? 25W, 60W, 100W 150W Fluorescentalampor LED lampor

17. SoldrivenkorvgrillIllustreraromvandlingavsolenergi till värme HUR? Optimeraditt system! • Problem: konstruera en soldrivenkorvgrill! Behövs:

18. Solceller: Hureffektivaär de vid olikavåglängder? http://www.nbi.ku.dk/spoerg_om_fysik/geofysik_klima/solspektrum_energiballancen/

19. Solceller: Hureffektivaär de vid olikavåglängder? Problem: V=f(våglängden)? Behövs: Solpanel Milliampermeter Filter: violet, blå, röd, orange, gul, grön Hur?

20. Vätgassomenergibärare Experiment • Hurfår man vätgas? • Huridentifierar man vätgas? • Vätgassomenergibärare: omvandlingavkemiskenergi till värme • Vätgassomenergibärare: omvandlingavkemiskenergitill el

21. Vätgasfrånelektrolysavvatten 2H2 O2 Kemisk reaktion Elektrolys Energitillförs Energifrigörs H2O

22. VätgasfrånelektrolysavvattenProduceravätgasochidentifiera den! • Hur: elektrolys • Behövs: Bägare 2 stblyertspennor Vatten + NaClellerbakpulver 9V-batteri Kablar Identifieringav H2 och O2: Teströr med vätgas poooop

23. Vätgasproduktionvia solljusinduceradvattensönderdelning • Elektromagnetiskenergiomvandlas till kemisk energy (H2och O2) • Elektronerbehövs! energi H2, O2 H2 • Fotoelektrokemisk process H2O Beniamino Iandolo 2012-12-10

24. Vadhänderi en fotoelektrokemisk cell? 4H++4e- → 2H2 2H2O+4hν → O2+4H++4e- foton elektron Fotoelektrod (WE) hål Referens- elektrod(RE) H Ljusabsorberande material O RE WE Katod (CE) Elektroninfångare Elektrolyt CE Glass window Beniamino Iandolo 2012-12-10

25. Vätgassomkemisktbränsle:Omvandlingavkemiskenergi till värmei en kemiskreaktion 2H2+O2 H2O+värme Händerejigasfas; H2och O2ärstabila: Visa experiment! Varför? Kan man eliminera/minskabarriären? Aktiveringsbarriär H2 O2 H2O

26. Vätgassomkemisktbränsle:omvandlingavkemiskenergi till värme • Kan man minska/eliminerabarriären? • Katalysatorn? • Vadhändernär H2+O2 • Vadhänderi en katalysator?!

27. Vätgassomkemisktbränsle:omvandlingavkemiskenergi till el! • Iställetförattomvandlakemiskenergi till värmeomvandlar vi den till el. • Hur? P(roton)E(xchange)M(embrane) bränslecell

29. PEM Bränslecell-hurfungerar den? Katalysator O2 in H2 in PEM H2O ut

30. Detaljer

31. H2→ 2H+ + 2e- (Anod) ½O2 + 2H+ + 2e-→ H2O (Katod) __________________________________________ H2 + ½O2 → H2O (Total)

32. Igor visarhur man gör en bränslecellpå 3 min!

33. Slutet Experiment, Experiment, Experiment,……….???? • Är experiment värdefullasomkomplement till föreläsningar? • Är experiment mestvärdefullaförlärareellerförelever? • Vilkentypav experiment ärmestintressanta: a) expsomillustrerargenerellabegrepp,         b) expsomillustrerarspecifikakomponenter,         c) expsomillustrerarenergisystem,d) allatyperav experiment ärlikaviktiga?