Fotonová fúze je proces, který povede k inovaci procesu přeměny fotonů s malou energií na fotony o vyšší energii. Zmíněnou technologii vyvinuli vědci z Institutu Maxe Plancka v Mohuči ve spolupráci s jejich štutgartskými kolegy ze Sony Materials Science Laboratory. Za pomoci dvou na světlo reagujících látek se jim podařilo změnit fotony normálního světla ze slunečních paprsků a vázat tuto energii do fotonů o konkrétní vlnové délce. Úspěšné zvládnutí tohoto procesu by mělo vést ke vzniku vysoce účinných fotovoltaických článků nové generace.
Účinnost stávajících fotovoltaických článků je nízká. Kromě jiných důvodů také proto, že neumí využít světlo o dlouhé vlnové délce. Proces, který nízko energetický tok částic (fotonů) přemění na energeticky významnější tok energie o kratší vlnové délce, udělá z nevyužitelného vlnění zdroj energie dramaticky zvyšující výkon a účinnost solárních článků.
Z minula je jev párování fotonů znám pouze z pokusů s laserem kdy se něco podobného dařilo jen za výjimečných podmínek.
Objev o kterém nyní referujeme, je ohromný krok vpřed. Poprvé v historii se podařilo provést fúzi fotonů na "normálním" nekoherentním světle. Jinak řečeno - podařilo se změnit vlnovou délku u světla přicházejícího ze Slunce. Dokáže to tekutina, která obsahuje dvě látky. Tou první je platinum oktaethyl porfyrin, druhou pak chemikálie difenylanthracen. Spolupráce těchto pomocníků dokáže měnit zelené světlo na modré. Na první pohled nám to může připadat jako nic moc významného. Hranol přece také umí udělat z bílého světla modré a dokonce i jiné barvy. Jenže pozor, v jeho případě jde o pouhé rozložení světelného spektra. V tomto případě nejde o žádné filtrování některých vlnových délek světla, ale o něco zcela odlišného. Do roztoku jde světlo o dlouhé vlnové délce (zelené) a vychází z něj jako modré, které má vlnovou délku krátkou. Jde tedy o skutečnou přeměnu světla. Proč je ten poznatek tak důležitý? Inu proto, že se podařilo spárovat fotony a vytvořit z nich jiný.
Jde o změnu vlnění o nízké energii na vysoce energetické. V tomto případě jsou fotonoví partneři dáváni dohromady mechanismem který se nazývá anihilace tripletů. Aby ke spojení dvou fotonů vůbec došlo, je potřeba dvou pomocných molekul.
Molekula přijímače (zelená s červenou platinou uprostřed) absorbuje zelené světlo ( hν = světelná energie)a přenáší ho na molekulu zářiče (modře). Následuje vyslání jednoho modrého fotonu.
Molekuly převádějících látek plní dvě rozdílné funkce. Jedna slouží jako přijímač k zachycování zeleného světla, druhá zachycené fotony páruje. Spojuje dva nízko energetické fotony do jednoho vysoce energetického fotonu.
Při podrobnějším pohledu na to, co se vlastně v tekutině děje zjistíme, že molekuly přijímače dodanou energii přijmou a podrží ji do okamžiku, než si ji od nich odeberou molekuly zářiče. Také molekuly zářiče si dokáží podržet svůj nabitý stav. Ty zase čekají do chvíle, než se v jejich těsném sousedství vyskytne jiná nabitá molekula a jakmile se tak stane, jedna z molekul svůj potenciál předá své sousedce. Ta z molekul, co získala vysoce energetický stav, v něm dlouho nevydrží a zbaví se jej vysláním "modrého" fotonu. Výsledkem je to, že molekulu zářiče opouští jiné světlo, než jaké do ní přišlo. Jde o děj, při kterém se netvoří energie, pouze se energie dvou fotonů spojuje v jednu jedinou, na jiné energetické hladině.
Proces je z chemického hlediska poměrně komplikovaný, protože je potřeba docílit toho, aby spolupracující molekuly byly k sobě dost blízko, aby vzdálenost mezi nimi dovolila přenos energie. Zároveň ale musí být dost daleko, aby mezi molekulami přijímače a zářiče nedocházelo ke „zkratům“. Podrobnosti zpráva v tomto směru neuvádí.
Unikátní na tomto objevu je především to, že se podařilo získat látku, která uskladní energii „dlouhého“ světla po dobu, než se ji podaří převést do molekuly zářiče. Tuto látku vědci našli až v podobě komplexu, kterým je kombinace atomů kovu s organickou látkou. Jde o organickou molekulu, v jejímž kruhu je umístěn atom platiny.
Molekula zářiče je zase zajímavá tím, že je schopna přijmout nabízený foton a podržet ho dokud jiná excitovaná molekula v dosahu není pro fotonovou fúzi připravena.
Souhra těchto procesů dovoluje využít i tu část slunečního záření, která je pro stávající solární články odpadem. Tento objev by měl již sám o sobě výrazně zvýšit účinnost zařízení, která získávají elektrickou energii ze slunečního světla. V Mohuči a Štutgartu ale již údajně testují další látky a předpokládají, že se jim podaří najít molekuly, které dokáží zpracovat fotony i dalších barev světelného spektra.
Pramen: Max Planck Institute
Publikace v tisku: S. Balouchev, T. Miteva, V. Yakutkin, G. Nelles, A. Yasuda, and G. Wegner „Up-Conversion Fluorescence: Noncoherent Excitation by Sunlight“,
Physical Review Letters
Diskuze:
Ještě ke skladování energie
edison,2006-10-18 01:54:16
Např. k uchování průměrné denní spotřeby ČR bychom potřebovali cca 30-40 přečerpávacích elektráren Dlouhé Stráně, nebo bychom mohli vedle vodní nádrže Dalešice (délka vzdutí 22 km) postavit malé pohoří, na kterém by se nacházela stejná nádrž s hladinou o 500 m výše:-)
Zmiňované tavení solí je jedna z mála výjmek, které nabízejí slušné parametry, alespoň pro krátkodobé účely.
Mám o tom rozepsaný dost rozsáhlý článek, který bych chtěl zveřejnit na Oslovi, ale zatím nebyl čas na dokončení.
rozvodna sit
Jarda,2006-10-20 11:54:25
A neuvazuje se treba o nejake moznosti resit tyhle vykyvy v ramci kvalitni 'dostatecne globalni' rozvodne site? Priznavam, ze do problematiky nevidim, ale takova laicka predstava supravodive site, ktera pokreje dostatecne velkou oblast, t.j. vzdy nekde fouka a vzdy nekde sviti slunicko .. pak by to sice stale nebyl 100% zdroj energie, ale odpadla by potreba kompenzace vykyvu, nebo by aspon nebyla tak velka..
Termín fúze a V. Wagner kontra J. Pazdera
Pavel Brož,2006-10-16 14:13:11
Takhle, pan Wagner má pravdu v tom, že termín fúze je opravdu poněkud zavádějící, protože analogický jev známý z fúze koherentního světla má trochu jinou podobu - v případě koherentního světla se dá opravdu spíše mluvit o sfúzování čili "slití" dvou fotonů do jednoho v důsledku kolektivních interakcí v opticky nelineárním prostředí, kdežto zde jde přece jenom o dvojnásobnou excitaci s následnou emisí jednoho fotonu. Na druhou stranu pan Wagner je jaderný fyzik, a já sám nejsem ani ten fyzik, takže terminologii v optice bude moudřejší přenechat optikům bez ohledu na to, že jakožto pozorovatelé zvenčí máme k její adekvátnosti své laické výhrady. Ono se ostatně najde vícero fyzikálních oborů, mezi kterými běžně používaná terminologie tak úplně nekoresponduje.
Je fúze termín zavádějící?
josef pazdera,2006-10-16 11:38:12
Toto je poznámka k námitce, že používat termín fotonová fúze je zavádějící. Možná je zavádějící, ale zkuste to vysvětlit Ústavu Maxe Plancka (pracoviště kde k objevu došlo), že o objevu informují zavádějícím způsobem a že se nejedná o fúzi: Tady je část textu: "...bis ein weiteres angeregtes Emitter-Molekül für die anschließende Photonenfusion gefunden ist".
Celý text je zde: http://www.mpg.de/
Extrémně zajímavý článek, i když tak nevypadá
Pavel Brož,2006-10-15 14:50:18
Sama o sobě není sice fotonová fúze až tak vyjímečným jevem, je totiž už dlouho známo, že v nelineárním optickém prostředí může dojít k fúzi dvou fotonů menších frekvencí na foton o frekvenci větší, nicméně zde podstatný fakt je ten, že tento optický jev byl zatím doménou pouze koherentních zdrojových paprsků, tedy doménou laserů. A protože sluneční světlo na rozdíl od laserového světla koherentní není, tak tento jev byl pro fotovoltaické články nevyužitelný. Revolučnost v článku popsaného objevu je právě v tom, že se fotonová fůze podařila právě s tím nekoherentním světlem. A přesně o tom je ve článku psáno, tzn. že ten článek není špatný, protože obsahuje přesně to převratné jádro toho objevu - totiž to, že nyní bude možno převádět nevyužitelné nízkoenergetické fotony na využitelné vysokoenergetické i u obyčejného slunečního světla. Fakt je ale ten, že většině nefyziků při přečtení článku určitě ujde, že právě toto je tím převratným jádrem objevu.
Bez ohledu na to jsem přesvědčen, že aplikace tohoto objevu budou dalekosáhlejší, než si dnes můžeme představit, a že na sebe nenechají dlouho čekat.
technologie
jt,2006-10-15 17:25:50
Otazkou bude, tak jako ve vsem, cena a zivotnost seriove vyrabeneho zarizeni. Ale jinak souhlasim, ze technologie vypada opravdu perspektivneji nezpusobi clanek.
Označovat tento proces jako fúzi fotonů
Vladimír Wagner,2006-10-16 08:29:31
je velmi zavádějící, Jde vlastně o dvojitou následnou excitaci. První foton je pohlcen molekulou první látky a zaniká. Vybuzená molekula předá energii molekule druhé látky a dostane ji do excitovaného stavu. Druhý foton je zase pohlcen molekulou první látky a také zaniká. Tato molekula předá energii již vybuzené molekule druhé látky a dostane jí do ještě energetičtějšího vybuzeného stavu. Jeho deexcitací pak dostaneme foton s vyšší energií a kratší vlnovou délkou než mají původní fotony. Podstatné je, že se našla látka, která se dostatečně dlouho udrží v exitovaném stavu. Takový proces je však podle mého názoru zavádějící označovat jako fúzi fotonů.
A proč ne fůze fotonů?
Pavel,2006-10-16 09:21:11
Toto je zavedený termín, a že není přesný, neznamená, že by se neměl používat (podobně se používá spousta jiných důsledně vzato nesmyslných termínů, např. planetární mlhovina)
Mě ale napadá jedna otázka - neporušuje tento proces druhou větu termodynamickou? Vždyť převádí fotony o nízké frekvenci a vysoké entropii na fotony s vyšší energií a nižší entropií.
klesanie entropie
chlievik,2006-10-16 10:31:47
"neporušuje tento proces druhou větu termodynamickou?"
Ved nejde o uzavrety system. Entropia moze klesat, ale na inom mieste musi rast.
Podoba sa to Murphyho zakonu "Aby sa jedna vec mohla ocistit, ina sa musi zaspinit" - pre otvorene systemy. Ale plati aj Murphyho dodatok "Vec sa moze zaspinit aj bez toho, aby sa ina ocistila" - v uzavretych systemoch entropia rastie bez toho aby inde klesala :)
Poznámky
Milan Bacik,2006-10-16 10:34:27
Myslím že popis uvedený zde panem Vágnerem v článku chybí a činí jej poněkud matoucím. Dále by mě zajímalo jak je rozložená enrgie ve světle dopadajícím na povrch země - tedy energie všech fotonů na určité vlnové délce.
RE: Chlievik
Pavel,2006-10-16 12:19:51
Ale ovšem, že to není uzavřený systém, jenže já v tomto systému nevidím, na co se ta entropie přenáší. Prostě mám baňku, do které se z jedné strany svítím vysokoentropickým zářením, z druhé strany odchází nízkoentropické záření, a sama baňka zůstává nezměněna. Nebo při tom dochází k degradaci obsahu baňky? O tom se v článku také nepíše.
No...
-rh-,2006-10-16 13:11:51
...to by zaujimalo aj mna... Je to otazka smerujuca presne na stabilitu spominanych chemikalii.
Ad Pavel a entropie
Pavel Brož,2006-10-16 14:19:59
Při jakékoliv excitaci a následné deexcitaci atomů plynu dochází k produkci tepla, protože absorbovaný foton přináší atomu nejenom energii, která jej excituje do vyššího energetického stavu, ale také hybnost. Tato hybnost se odevzdává srážkami mezi atomy plynu a atomy atomy okolního prostředí. Nejde tedy ani náhodou o izolovaný systém.
Takže se to ohřívá
Pavel,2006-10-17 13:14:00
Takže se ta baňka ohřívá. To mě taky napadlo. Ale pak je otázka, jaká je účinnost takového procesu. Aby pak energie na výrobu baňky a jejího obsahu nebyla vyšší, než využitelná energie toho modrého záření získaná za dobu životnosti obsahu baňky.
Fuze energie
Medvědovič,2007-04-10 13:15:04
Nejedná se samozřejmě o fůzi fotonů ale o součet jejich energie s meziuložením v excitovaném stavu elektronů. Transformace fotonů přes elektronovou hladinu, méně fotonů ale s vyžsí energií a nějaká energie unikne ve formě tepla aby se učinilo zadost termodynamickým zákonům. Bohužel ale nejde zaručit že se foton vždy vyzáří jedním směrem a pracuje jen v úzkém rozmezí vlnových délek. Ještě aby se našla látka zachycující energii tepelných fotonů a transformovat ji do viditelného spektra. Podobně pracují rostliny využívajíce pro přeměnu CO2 na cukry několika vlnových délek ale účinnost je na úrovni našich fotočlánků. http://planta.aquariana.cz/osv_rostl.htm
Zas taková výhra to není, ale..
edison,2006-10-15 12:23:04
Tohle by dokázalo mírně zvýšit účinnost (mírně proto, že jen menšina vzniklých fotonů bude nasměrována blízko původnímu směru) a neřeší to primární problém - totiž výstupem je rovnou rozumně neskladovatelná el. energie - dá se skladovat jen nerozumně, tzn. draho, nebo s různými omezeními - např. při použití akumulátoru se prošlá el. zraží odpisem o 2-5 Kč/kWh (malé aku spíš 20-50).
Ale tahle technologie ukazuje možnou alternativní cestu - svítit se bude na přijímací roztok a ten by se mohl zpracovávat až později, dle požadavků sítě. - To by byl skutečný průlom, jenžto by udělal z dotovaný hračky zdroj pro energetiku.
tak cerne bych to nevidel..
jfk,2006-10-16 22:26:52
No, ty akumulatory a souvisejici naklady se tykaji spis nejakych ostrovnich systemu u vas na chate, v energetice pouzivame jinaci systemy, napr. precerpavaci elektrarny. Ostatne vetsi mnozstvi ruznych promenlivych malych lokalnich zdroju energie a souvisejici problemy zdarne resi napr. Nemecko kde je vysoky instalovany vykon vetrnych elektraren, fotovoltaiky (vykupuje se od obyvatelstva) a kogeneracnich jednotek. Jinak vase uvaha se skladovanim a premenou pozdeji je zajimava a svym zpusobem jiz byla realne nasazena v solarni termoelektrarne, ktera pres den tavila teplem nejakou sul, ktera pak v noci opet menila krystalickou strukturu a uvolnovala prijate teplo pro parni turbiny, ktere tak vyrabely elektrinu ze slunce v noci. Ale jestli se to vyplatilo a jestli to jeste funguje to nevim..
Německo zdárně řeší stabilizaci soustavy?
Pavel,2006-10-17 07:01:05
Tak o tom vykládejte našim energetikům, kteří musí problémy způsobené rozkolísanou německou soustavou řešit každý den, a občas ty německé větrníky rozhází energetické soustavy v celé Evropě. Takhle si zdárné řešení stabilizace energetické soustavy nepředstavuji.
i to je reseni
sova,2006-10-17 17:31:42
No, oni to ti Nemci prave resi v ramci Evropy - prebytek preposlou, kdyz maj malo tak odsosnou.. Jasne, neni to jednoduchy problem ale je to realita soucasne a budouci energetiky. Vyhodou je vytizeni stabilnich zdroju, napr. neustala poptavka po energii z jadernych elektraren, kterou jim tam muzeme prodavat. Nicmene je videt, ze to bude chtit lepsi planovani stavby, distribuce, skladovani a spotreby energie z dalsich promenlivych zdroju (hlavne tech vetsich).
Přečerpávání energie...
Lime,2006-10-28 21:22:05
kdysi jsem narazil na článek o motoru na vzduch (www.theAircar.com) - na stalčený vzduch. Kromě pohonu auta zde uvádí možnosti aplikování jako energeticky "přečerpávacího" zařízení - v noci lze natlakovat nádrže, ve špičce pak díky motoru generovat energii.
po precteni
saya,2006-10-15 09:14:00
jsem nabyl dojmu, ze s tim bude vic problemu nez uzitku. Jsou pouzity kdovi jake chemikalie a nikde neni zminka o jejich vlivu na zivotni prostredi, potazmo cloveka, myslim, ze sajrajtu tu mame uz dost a druhy problem, ktery mi napadl, ze organicka latka zrejme nebude nic extra dlouhodobe stabilniho, notabene pod slunecnim svetlem. btw. clanek zajimavy, lec napsany katastrofalne
Bohužel
josef pazdera,2006-10-15 09:55:39
Prameny o stabilitě platinum oktaethyl porfyrinu, ani difenylanthracenu nic neříkají. Jakákoli poznámka v tomto směru by z mé strany byla pouhou spekulací. Stejně tak nepodložené by bylo hovořit o vlivu těchto látek na životní prostředí. Více informací o tomto objevu nyní k dispozici nemám.
Josef
porfyrín
Martin,2006-10-15 10:21:14
Pokiaľ ide o znečistenie životného prostredia, nemyslím si, že by súčasťou aparatúry boli taniere s voľnou hladinou roztoku alebo rozprašovače :)))))
Porfyrínové jadro, či ako sa to volá, je aj základom chlorofylu a ten sa mi zdá na priamom slnečnom svetle celkom stabilný. Aj keď treba priznať, že je to možno vďaka tomu, že sa nachádza v živom organizme. Možno by sa dali použiť porfyrínové jadrá kaktusov a vysokohorských rastlín, znášajúcich vysoké dávky žiarenia. Napríklad aj pri PCR sa používajú enzýmy termofilných baktérií.
Používať pigmenty hlbokomorských červených rias asi nemá zmysel, tie prijímajú práve modré svetlo, ktoré ako jediné prenikne hlbšie...
Pozor! Parovani fotonu vede do pekla!
uchyl,2006-10-15 01:41:18
Pokud se nam vedci nezaruci, ze parovani fotonu nepovede ke globalnim zmenam lidskeho genomu na nelidsky, je treba tuto nebezpecnou technologii zakazat! Okamzite!
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
