Energia solare in energia chimica: cosa, come convertire, esempi e fatti

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In questo articolo, analizzeremo esempi di conversione dell'energia solare in energia chimica e altri aspetti di essa.  

La fotosintesi è la conversione dell'energia solare (combustibile leggero proveniente dal Sole) in combustibile chimico (una forma di glucosio o altre molecole organiche). Succede nei cloroplasti. La clorofilla è una sostanza verde che si trova nelle piante. 

La fotosintesi consente alle piante di creare il proprio cibo dall'anidride carbonica e dall'umidità in presenza di luce solare e clorofilla. Questa procedura provoca il rilascio di ossigeno e la produzione di glucosio. Il glucosio può essere immagazzinato, trasformato in amido o utilizzato per la respirazione. La fotosintesi è stata utilizzata da alberi, arbusti, erbe e alghe anche se da tempo immemorabile. Lo fanno producendo il pigmento organico clorofilla nelle loro cellule.

Con l'aiuto della luce solare, le parti vegetali contenenti clorofilla trasformano l'anidride carbonica (CO2) e l'umidità in ossigeno e glucosio. La pianta ottiene la sua energia dal glucosio e l'ossigeno viene scaricato. Di conseguenza, le foreste sono spesso definite "polmoni verdi". La fotosintesi artificiale aspira ad essere come la sua controparte naturale. In sostanza, si tratta di "semplicemente" separare l'acqua in idrogeno e ossigeno utilizzando la luce solare, piuttosto che produrre glucosio.  

L'idrogeno generato può quindi essere utilizzato come combustibile, a titolo illustrativo, per alimentare auto a celle a combustibile, oppure potrebbe essere utilizzato per sintetizzare idrocarburi come metano (l'elemento primario del gas organico), etano, propano o anche (liquido ) ottano.  

 

 Come convertire l'energia solare in energia chimica? 

L'energia luminosa viene convertita in energia chimica. Ogni volta che una speciale molecola di clorofilla energizzata fotochimicamente del sito attivo fotosintetico cede un elettrone durante una reazione di ossidazione, il combustibile leggero viene trasformato in combustibile chimico. 

Una particella del pigmento clorofilla assorbe un fotone e cede un elettrone nelle risposte al bagliore. Questo elettrone è passato alla feofitina, una forma alterata di clorofilla che passa l'elettrone a una molecola di chinone, consentendo l'inizio di un flusso di elettroni al di sotto di una sequenza di transito di elettroni che alla fine contribuisce alla riduzione di NADP a NADPH. 

Ciò crea anche una pendenza protonica in tutta la membrana del cloroplasto, che l'ATP sintasi utilizza per la sintesi simultanea di ATP. La molecola di clorofilla recupera un elettrone da una molecola d'acqua tramite una procedura nota come fotolisi, che si traduce nella formazione della molecola di diossigeno (o2). 

Quando l'energia solare viene convertita in energia chimica? 

Quando un fotone con una lunghezza d'onda inferiore a 700 nm viene assorbito, la molecola di clorofilla dona un elettrone ad alta energia, che viene utilizzato per forzare uno ione idrogeno lungo la membrana tilacoide di un cloroplasto. Ciò si traduce nella formazione di un potenziale chemiosmotico attraverso la membrana. Molte particelle incise in questa membrana svolgono varie funzioni consentendo agli ioni idrogeno di fluire nella direzione opposta.

La cosa principale che si verifica qui è che NADP+ viene convertito in NADPH. Nelle procedure cellula-cellula, NADPH funge da fonte di alimentazione generale. Il NADPH viene utilizzato dalle piante per convertire la CO2 in carboidrati.  

Processo di conversione dell'energia solare in energia chimica 

Fotosintesi si trova nei cloroplasti, che sono cellule vegetali uniche che si trovano nel fogliame. Un cloroplasto separato è simile a un sacchetto riempito con i componenti essenziali della fotosintesi. Contiene l'acqua consumata dalle radici della pianta, l'anidride carbonica atmosferica consumata dalle foglie e la clorofilla racchiusa nei tilacoidi, che sono organelli labirintici ripiegati. 

La clorofilla è il vero catalizzatore della fotosintesi. Questa molecola fotosensibile è necessaria per avviare il processo da parte di cianobatteri, plancton e piante terrestri. 

Poiché le molecole di clorofilla assorbono così poco i raggi verdi, lo ritraggono come minuscoli riflettori, avendo indotto i nostri occhi a percepire la maggior parte delle foglie come verdi. Solo in autunno, dopo il degrado dei cloroplasti, vediamo le infinite sfumature di giallo e arancione generate dai pigmenti carotenoidi. 

Come convertire l'energia solare in energia chimica a casa?

Probabilmente hai sentito parlare del fotovoltaico, che viene utilizzato nei pannelli solari. Una volta che il sole splende su un pannello solare, l'energia viene assorbita dalle celle fotovoltaiche sulla scheda. Questa potenza produce cariche elettriche che viaggiano in risposta a un campo elettrico integrato nella cella, provocando il flusso di elettricità.  

I riflettori vengono utilizzati per ritrarre e iniziare a concentrare interamente la luce solare sui destinatari, che accumulano combustibile solare e lo trasformano in vapore, che può quindi essere utilizzato per generare combustibile o accumularlo per un uso successivo. Viene utilizzato principalmente in impianti elettrici di grandi dimensioni. 

 L'innovazione dell'energia solare non finisce con l'era dell'energia elettrica da sistemi fotovoltaici o CSP. Queste piattaforme di energia fotovoltaica dovrebbero essere incorporate in residenze, aziende e schemi di alimentazione stabiliti utilizzando una varietà di prese di energia tradizionali ed ecologiche. 

dall'energia solare all'energia chimica
dall'energia solare all'energia chimica

Esempi di energia solare in energia chimica 

Alcune applicazioni popolari dell'energia solare riguardano: 

  • Il riscaldamento dell'acqua solare è un esempio comune di energia solare
  • Celle fotovoltaiche
  • Tecnologia solare
  • Illuminazione dal sole 
  • Tetto solare 

Il riscaldamento dell'acqua solare è un esempio comune di energia solare

Molte persone non sono consapevoli del fatto che le caldaie solari per l'acqua e le caldaie spaziali solari sono modi migliori e costosi per cuocere a vapore le case senza la necessità di installare pannelli solari. I riscaldatori d'ambiente solari utilizzano un'atmosfera o un mezzo idrico per convertire l'energia solare in combustibile per riscaldamento. L'acqua, d'altra parte, viene utilizzata come mezzo di viaggio del calore negli scaldacqua solari. Sono disponibili sistemi di riscaldamento fotovoltaico attivi e passivi.

Le pompe sono utilizzate nelle apparecchiature per consentire all'acqua di viaggiare e quindi generare calore. Al contrario, i sistemi passivi si basano sulla circolazione naturale. La capacità di riscaldare un'intera piscina ad un costo incredibilmente basso distingue i sistemi di riscaldamento termico da altri riscaldatori come le giranti a olio e gas. 

Celle fotovoltaiche 

Le celle solari vengono utilizzate per alimentare un'ampia gamma di dispositivi, dalle calcolatrici a interi settori. Anche se le minuscole celle sono state a lungo utilizzate per rafforzare piccoli dispositivi come i calcolatori, negli ultimi anni le grandi celle hanno fatto breccia nel settore. Le grandi celle sono abbastanza potenti da alimentare intere case. 

A causa della loro compatibilità ambientale, contribuiscono in modo freddo all'energia. Non solo sono di lunga durata, ma richiedono poca manutenzione e sono relativamente poco costosi a lungo termine. 

Tecnologia solare 

L'elettronica ora include funzionalità che consentono la ricarica a energia solare. Una spiegazione popolare è un connettore a energia solare, che può caricare qualsiasi cosa, dai tablet ai telefoni cellulari. Oggi sono disponibili anche lampade ad energia solare e possono essere caricate semplicemente esponendole alla luce solare. 

Poiché viene posta maggiore attenzione sulle radiazioni rinnovabili, non c'è dubbio che molte persone inizieranno ad abbracciare il solare per ingredienti che possono essere alimentati dalla luce del sole. Il telefono Apple è un'illustrazione di come il combustibile solare è stato utilizzato con successo per alimentare un gadget elettronico. Oltre a un orologio tradizionale, un telefono Apple non ha bisogno di essere caricato ogni giorno. 

Illuminazione dal sole 

Spesso questi proprietari migliorano il significato stilistico e la produttività delle loro proprietà integrando l'illuminazione solare esterna. La lampada solare, ad eccezione della classica illuminazione esterna, non richiede un'installazione avanzata, ma poiché le lampade utilizzano tecnologie avanzate wireless e incapsulano l'energia solare durante il giorno per eliminare la necessità dell'alimentazione normalmente fornita durante la notte. 

Dal momento che le lampade solari non sono comuni come i pannelli solari, stanno rapidamente raggiungendo i sistemi di riscaldamento domestici intelligenti e le lampade a LED come beni energetici che potrebbero effettivamente supportare bollette energetiche ridotte. 

Tetto solare 

A causa della vasta gamma di gadget attualmente disponibili nel settore, la maggior parte delle persone trascura l'uso più importante dell'energia solare, che è quella solare sui tetti. Poiché l'autorità solare ha molte applicazioni, come l'alimentazione di batterie e il volo di aeroplani, può anche svolgere un ruolo importante nella riduzione delle impronte di carbonio e delle bollette energetiche. Ogni anno, un sistema solare sul tetto può far risparmiare ai residenti migliaia di contanti. 

Quando consideri il passaggio al combustibile solare, fatti un'idea di calcolare il tuo potenziale risparmio solare e di determinare l'impatto che il finanziamento dei dispositivi solari potrebbe avere sulle finanze della tua famiglia. 

Utilizzare piccoli prodotti e gadget per il miglioramento della casa per aumentare la produttività della tua residenza è una buona idea. A lungo termine, tuttavia, l'installazione di un pannello solare è il modo migliore per ridurre le bollette dell'elettricità e ridurre le emissioni di carbonio. 

Energia solare vs energia chimica 

La luce solare provoca una risposta chimica che fornisce energia per la crescita delle piante. L'energia chimica è l'elettricità nascosta nei legami che esistono tra composti come particelle e molecole subatomiche. Una reazione chimica è un processo mediante il quale gli atomi vengono riconfigurati come conseguenza di un cambiamento chimico, che potrebbe risultare nella formazione di nuovo materiale. 

L'umidificatore è diviso in idrogeno e ossigeno utilizzando l'energia dell'energia solare nell'unica tecnica. L'estrazione della luce diurna tramite celle solari e l'elettrolisi dell'umidità sono procedure che possono (in teoria) essere eseguite individualmente. Anche così, come descrive Andreas Borschulte, potrebbero davvero essere fusi a un livello molto piccolo. Nelle celle fotoelettrochimiche, riconosciute anche come celle PEC, questa è chiamata fotoelettrolisi. Gli scienziati dell'Empa hanno scoperto una cellula PEC nel 2014. Si consideri un recipiente per l'umidità dotato di un fotoanodo e un elettrodo inverso. Il fotoanodo assorbe la luce del giorno e genera elettricità, che viene utilizzata per dividere l'acqua.

Conclusione

Inoltre, l'illuminazione solare viene fornita con una miriade di grappoli di illuminazione stravaganti che possono migliorare significativamente l'aspetto all'aperto di qualsiasi proprietà. Questi prodotti di illuminazione sono economici e ampiamente disponibili nei negozi al dettaglio locali. La prevalenza dei lampioni stradali oggi è dovuta al loro basso costo e alla pronta disponibilità. 

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