MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

Presentasjon om: "MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi"— Utskrift av presentasjonen:

1 MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi
MENA1001-Materialer, energi og nanoteknologi- Kursgjennomgang Teknologivis – på kryss av kapitlene Her kommer en liste over hvilke teknologier vi går gjennom Truls Norby Kjemisk institutt/ Senter for Materialvitenskap og nanoteknologi (SMN) Universitetet i Oslo Forskningsparken Gaustadalleen 21 0349 Oslo MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

2 MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

3 MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi
Kjerne-energi Kjernereaksjoner Hydrogenfusjon på solen 411p = 42He…? Hvor kommer energien fra? Fusjonskraft Fisjonskraft 235U + n = 236U = 92Kr + 142Ba…? MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

4 Stråling til og fra Jorden
Hva stråler? Hva bestemmer bølgelengden? Hva bestemmer intensiteten? Hva absorberer? Hvilke prosesser absorberer? MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi Figur: Ekern, Isnes, Nilsen: Univers 3FY.

5 Direkte solenergi - termisk
Absorbsjon Hvor mye energi per grad? Hva skjer når stoffer varmes opp? Hva er indre energi? Figurer: Bellona, Høgskolen i Volda, BrightSource Energy MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

6 MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi
Fra elektromagnetisk stråling (lys) til elektrisitet Fotovoltaiske celler - solceller Atomorbitaler Molekylorbitaler Energibånd Elektroner og elektronhull Metaller – halvledere – isolatorer Doping; n- og p-ledere Hva er ledningsevne? n-p-koblinger. Båndene flyttes og bøyes. Dioder. LEDs. Solceller. MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

7 MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi
n-p-overganger MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

8 MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi
Fra lys til elektrokjemiske prosesser Fotoelektrokjemiske celler – forts. Grätzel-celler ”dye-sensitized” Ledende glasselektroder Halvleder (nano-TiO2) Adsorbert fargestoff (”dye”) Elektrolytt Redokspar (I- / I3-) Se på Ru-komplekset: Hvor mange «tenner» har ligandene? Hva er energinivåene i komplekset? Hva er energinivåene I TiO2? MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

9 Indirekte solenergi - vannkraft
Potensiell energi i vann Turbin El-generator Induksjon Magnetiske materialer Harde og bløte ferromagneter Magnetisme Dia- og paramagnetisme Spinn MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi Figur: NVE, Energi teknikk AS, Mikrokraft AS

10 MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi
Fossile energikilder Kull Hydrokarboner Bindinger Sammensetning Forbrenning Petrokjemi Katalyse MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

11 Fischer-Tropsch-syntese
Fra syntesegass til høyere hydrokarboner, mest alkaner: (2n + 1) H2 + n CO → CnH2n+2 + n H2O °C, Katalysatorer: Co, Fe, Ru... Image Source: BioPact/Syntroleum MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

12 MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi
Varmemaskiner Brensel Materialer Effektivitet Utslipp MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

13 ”Combined cycle” kraftverk
Hvorfor øker dette effektiviteten? MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

14 MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi
Ren eksos Reaksjoner mellom avgass-molekylene Hvordan virker Lambdasensoren for pO2? MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

15 CO2-separasjon – ”CO2-fritt kraftverk”
C eller CO2 må mest mulig fjernes fra fossile brensel, og deponeres, slik at vi i praksis brenner bare hydrogenet Separasjon… MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi Figur:

16 MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi
Post-combustion Figur: Bellona MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

17 MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi
Pre-combustion Figur: Bellona MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

18 MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi
Oxyfuel-prosess Figur: Bellona MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

19 Blandede ledere for gasseparasjonsmembraner
CH4 CO + 2H2 H+ e- 4H2 CH4 + 2H2O CO2 MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

20 MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi
CO2-deponering Mange muligheter: Et spørsmål om kostnad og pris for energi og for CO2-utslipp Figur: MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

21 Fra kjemisk til elektrisk energi Brenselceller
MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

22 Fastoksid-brenselcelle - Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)
MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

23 MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi
Brenselcelle med rent protonledende elektrolytt Proton Conducting Fuel Cell (PCFC) MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

24 Polymer-elektrolytt-brenselcelle
Oak Ridge Natl. Lab. MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

25 Potensial og effekt vs strøm for en brenselcelle
MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

26 Lagring av elektrisitet Elektrokjemisk konvertering; akkumulatorer
Studentene bør lære Li-ion figuren og å kunne tegne og forklare den i opplafning (som over) og utladning: Strømmen reverseres – spenningsfortegnet opprettholdes. MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

27 MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi
Hydrogen MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi

28 Temaer kapittelvis som dekker læringsmålene
Oppgave 1 Generelle temaer fra Kap. 1, Lab, nano, etc. Oppgave 2 Mekanisk energi Elektromagnetisk Stråling Oppgave 3 Entalpi Entropi Gibbs energi, spontanitet, likevekt Oppgave 4 Atomorbitaler, periodesystemet Elektronkonfigurasjoner Atomegenskaper; størrelse, ionisering/elektronaffinitet/elektronegativitet Oppgave 5 Molekylorbitaler, bindinger Molekyler, faste stoffer, Nanoteknologi Grunnstoffer og forbindelsers egenskaper Oppgave 6 Støkiometri, mengde, syre-base, løsninger, komplekser, redoks Likevekt, sponanitet, kinetikk Elektrokjemi Likevektsberegninger, cellepotensialer Oppgave 7 Struktur. Metoder. Defekter. Fasediagram. Oppgave 8 Mekaniske egenskaper Konstruksjonsmaterialer Kompositter, biomimetiske og –kompatible materialer Oppgave 9 Optiske egenskaper Magnetiske egenskaper Elektriske egenskaper Katalytiske, kjemiske, termiske egenskaper Oppgave 10 Fornybare og fossile energikilder Konvertering og lagring Miljø- og klimagassutslipp. Karbonfangst MENA1001 – Materialer, energi og nanoteknologi