Künstliche Photosynthese: Einfangen und Speichern der Energie aus Sonnenlicht zur Herstellung von Solarbrennstoff

Von Fouad Sabry

Was ist künstliche Photosynthese?

Synthetische Photosynthese ist ein chemischer Prozess, der den natürlichen Prozess der Photosynthese nachahmt, indem er Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid in Kohlenhydrate und Sauerstoff umwandelt. Dieser Vorgang wird auch als künstliche Photosynthese bezeichnet. Der Prozess des Einfangens und Speicherns der Energie aus Sonnenlicht in den chemischen Bindungen eines Kraftstoffs wird allgemein als „künstliche Photosynthese“ bezeichnet, und das Wort wird normalerweise synonym mit dem Ausdruck verwendet. Die photokatalytische Wasserspaltung, oft auch als künstliche Photosynthese bezeichnet, ist der Prozess der Umwandlung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff durch die Verwendung von Licht. Ein anderer Ansatz, der erforscht wurde, um den natürlichen Prozess der Kohlenstofffixierung zu duplizieren, wird als lichtgesteuerte Kohlendioxidreduktion bezeichnet.

Wie Sie davon profitieren

(I ) Erkenntnisse und Validierungen zu folgenden Themen:

Kapitel 1: Künstliche Photosynthese

Kapitel 2: Wasserstoff

Kapitel 3: Photowasserstoff

Kapitel 4: Photoelektrochemische Zelle

Kapitel 5: Wasserspaltung

Kapitel 6: Photokatalyse

Kapitel 7: Hydrogenase

Kapitel 8: Solarchemikalie

Kapitel 9: Mikrobieller Stoffwechsel

Kapitel 10: Wasserstoffproduktion

Kapitel 11: Biowasserstoff

Kapitel 12: Sauerstoffentwicklung

Kapitel 13: Sauerstoff in biologischen Reaktionen

Kapitel 14: Enzymatische Biobrennstoffzelle

Kapitel 15: Daniel G. Nocera

Kapitel 16: Photokatalytische Wasserspaltung

Kapitel 17: Craig L. Hill

Kapitel 18: Solarbrennstoff

Kapitel 19: Photogeochemie

Kapitel 20: Wasseroxidationskatalyse

Kapitel 21: Bion ic Leaf

(II) Beantwortung der öffentlichen Top-Fragen zur künstlichen Photosynthese.

(III) Beispiele aus der Praxis für den Einsatz künstlicher Photosynthese in vielen Bereichen.

(IV) 17 Anhänge zur kurzen Erläuterung von 266 neuen Technologien in jeder Branche, um ein umfassendes 360-Grad-Verständnis der Technologien der künstlichen Photosynthese zu erhalten.

An wen richtet sich dieses Buch?

Profis, Studenten und Doktoranden, Enthusiasten, Bastler und diejenigen, die über grundlegende Kenntnisse oder Informationen für jede Art von künstlicher Photosynthese hinausgehen möchten.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 18. Okt. 2022

Buchvorschau

Urheberrecht

Künstliche Photosynthese Copyright © 2022 von Fouad Sabry. Alle Rechte vorbehalten.

Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf in irgendeiner Form oder mit elektronischen oder mechanischen Mitteln, einschließlich Informationsspeicher- und -abrufsystemen, ohne schriftliche Genehmigung des Autors reproduziert werden. Die einzige Ausnahme ist ein Rezensent, der kurze Auszüge in einer Rezension zitieren kann.

Cover entworfen von Fouad Sabry.

Dieses Buch ist ein Werk der Fiktion. Namen, Charaktere, Orte und Ereignisse sind entweder Produkte der Phantasie des Autors oder werden fiktiv verwendet. Jede Ähnlichkeit mit realen Personen, lebenden oder toten, Ereignissen oder Schauplätzen ist völlig zufällig.

Bonus

Sie können eine E-Mail an [e-mail] mit dem Betreff Künstliche Photosynthese: Erfassung und Speicherung der Energie aus Sonnenlicht zur Herstellung von Sonnenkraftstoff senden und Sie erhalten eine E-Mail mit den ersten Kapiteln dieses Buches.

Fouad Sabry

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www.1BKOfficial.org

Vorwort

Warum habe ich dieses Buch geschrieben?

Die Geschichte des Schreibens dieses Buches begann 1989, als ich Schüler der Secondary School of Advanced Students war.

Es ist bemerkenswert wie die STEM-Schulen (Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik), die jetzt in vielen fortgeschrittenen Ländern verfügbar sind.

STEM ist ein Lehrplan, der auf der Idee basiert, Schüler in vier spezifischen Disziplinen - Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik - in einem interdisziplinären und angewandten Ansatz auszubilden. Dieser Begriff wird typischerweise verwendet, um eine Bildungspolitik oder eine Lehrplanwahl in Schulen anzusprechen. Es hat Auswirkungen auf die Entwicklung der Arbeitskräfte, nationale Sicherheitsbedenken und die Einwanderungspolitik.

Es gab eine wöchentliche Klasse in der Bibliothek, in der jeder Schüler jedes Buch frei wählen und 1 Stunde lang lesen kann. Ziel des Kurses ist es, die Schüler zu ermutigen, andere Fächer als den Lehrplan zu lesen.

In der Bibliothek, während ich mir die Bücher in den Regalen ansah, bemerkte ich riesige Bücher, insgesamt 5.000 Seiten in 5 Teilen. Der Buchname ist The Encyclopedia of Technology, der alles um uns herum beschreibt, vomabsoluten Nullpunkt bis zu Halbleitern, fast jede Technologie wurde damals mit bunten Illustrationen und einfachen Worten erklärt. Ich fing an, die Enzyklopädie zu lesen, und natürlich konnte ich sie nicht in der 1-stündigen wöchentlichen Klasse beenden.

Also überzeugte ich meinen Vater, die Enzyklopädie zu kaufen. Mein Vater kaufte am Anfang meines Lebens alle technischen Werkzeuge für mich, den ersten Computer und die erste Technologie-Enzyklopädie, und beide haben einen großen Einfluss auf mich und meine Karriere.

Ich habe die gesamte Enzyklopädie in den Sommerferien dieses Jahres fertiggestellt, und dann begann ich zu sehen, wie das Universum funktioniert und wie man dieses Wissen auf alltägliche Probleme anwendet.

Meine Leidenschaft für die Technologie begann vor mehr als 30 Jahren und immer noch geht die Reise weiter.

Dieses Buch ist Teil von The Encyclopedia of Emerging Technologies, was mein Versuch ist, den Lesern die gleiche erstaunliche Erfahrung zu geben, die ich in der High School hatte, aber anstelle von Technologien des 20. Jahrhunderts  interessiere ich mich mehr für die aufkommenden Technologien, Anwendungen und Branchenlösungen des 21. Jahrhunderts.

The Encyclopedia of Emerging Technologies wird aus 365 Büchern bestehen, jedes Buch wird sich auf eine einzelne aufkommende Technologie konzentrieren. Sie können die Liste der neuen Technologien und ihre Kategorisierung nach Branchen im Teil von Coming Soon am Ende des Buches lesen.

365 Bücher, um den Lesern die Möglichkeit zu geben, ihr Wissen über eine einzige aufstrebende Technologie jeden Tag im Laufe eines Jahres zu erweitern.

Einleitung

Wie habe ich dieses Buch geschrieben?

In jedem Buch von The Encyclopedia of Emerging Technologies versuche ich, sofortige, rohe Sucheinblicke direkt aus den Köpfen der Menschen zu erhalten und ihre Fragen über die aufkommende Technologie zu beantworten.

Es gibt jeden Tag 3 Milliarden Google-Suchanfragen, von denen 20% noch nie zuvor gesehen wurden. Sie sind wie ein direkter Draht zu den Gedanken der Menschen.

Manchmal ist das Wie entferne ich Papierstaus. In anderen Fällen sind es die schmerzhaften Ängste und geheimen Sehnsüchte, die sie immer nur mit Google teilen würden.

In meinem Bestreben, eine unerschlossene Goldgrube an Content-Ideen über Künstliche Photosynthese zu entdecken, benutze ich viele Tools, um Autocomplete-Daten von Suchmaschinen wie Google zu hören, und kurbele dann schnell jede nützliche Phrase und Frage heraus, die die Leute um das Stichwort Künstliche Photosynthese stellen.

Es ist eine Goldgrube an Menscheneinblicken, die ich nutzen kann, um frische, äußerst nützliche Inhalte, Produkte und Dienstleistungen zu erstellen. Die freundlichen Menschen, wie Sie, wollen es wirklich.

Personensuchen sind der wichtigste Datensatz, der jemals über die menschliche Psyche gesammelt wurde. Daher ist dieses Buch ein Live-Produkt und wird ständig durch immer mehr Antworten auf neue Fragen zum Thema Künstliche Photosynthese aktualisiert, die von Menschen wie Ihnen und mir gestellt werden, die sich über diese neue aufkommende Technologie wundern und mehr darüber erfahren möchten.

Der Ansatz beim Schreiben dieses Buches besteht darin, ein tieferes Verständnis dafür zu erlangen, wie Menschen rund um Künstliche Photosynthese suchen, Fragen und Fragen aufzudecken, die ich nicht unbedingt aus dem Kopf heraus denken würde, und diese Fragen in super einfachen und verdaulichen Worten zu beantworten und das Buch auf einfache Weise zu navigieren.

Wenn es darum geht, dieses Buch zu schreiben, habe ich darauf geachtet, dass es so optimiert und zielgerichtet wie möglich ist. Dieser Buchzweck ist es, den Menschen zu helfen, ihr Wissen über Künstliche Photosynthese weiter zu verstehen und zu erweitern. Ich versuche, die Fragen der Menschen so genau wie möglich zu beantworten und viel mehr zu zeigen.

Es ist eine fantastische und schöne Möglichkeit, Fragen und Probleme der Menschen zu erforschen und sie direkt zu beantworten und dem Inhalt des Buches Einsicht, Bestätigung und Kreativität hinzuzufügen - sogar Pitches und Vorschläge. Das Buch deckt reiche, weniger überfüllte und manchmal überraschende Forschungsbereiche auf, die ich sonst nicht erreichen würde. Es besteht kein Zweifel, dass erwartet wird, dass es das Wissen der potenziellen Leser erweitert, nachdem das Buch mit diesem Ansatz gelesen wurde.

Ich habe einen einzigartigen Ansatz angewendet, um den Inhalt dieses Buches immer frisch zu machen. Dieser Ansatz hängt davon ab, den Köpfen der Menschen zuzuhören, indem die Suchwerkzeuge verwendet werden. Dieser Ansatz hat mir geholfen:

Treffen Sie die Leser genau dort, wo sie sind, damit ich relevante Inhalte erstellen kann, die einen Nerv treffen und mehr Verständnis für das Thema schaffen.

Bleiben Sie am Puls der Zeit, damit ich Updates erhalten kann, wenn die Leute auf neue Weise über diese aufkommende Technologie sprechen, und Trends im Laufe der Zeit überwachen kann.

Entdecken Sie verborgene Schätze von Fragen, die Antworten auf die aufkommende Technologie benötigen, um unerwartete Einblicke und versteckte Nischen zu entdecken, die die Relevanz des Inhalts erhöhen und ihm einen entscheidenden Vorteil verschaffen.

Der Baustein für das Schreiben dieses Buches umfasst Folgendes:

(1) Ich habe aufgehört, die Zeit mit Bauchgefühl und Vermutungen über die von den Lesern gewünschten Inhalte zu verschwenden, den Buchinhalt mit dem gefüllt, was die Leute brauchen, und mich von den endlosen Inhaltsideen verabschiedet, die auf Spekulationen basieren.

(2) Ich habe solide Entscheidungen getroffen und bin weniger Risiken eingegangen, um in der ersten Reihe zu sehen, was die Leute lesen und wissen wollen - in Echtzeit - und Suchdaten zu verwenden, um mutige Entscheidungen darüber zu treffen, welche Themen aufgenommen und welche ausgeschlossen werden sollen.

(3) Ich habe meine Content-Produktion optimiert, um Content-Ideen zu identifizieren, ohne einzelne Meinungen manuell durchsuchen zu müssen, um Tage und sogar Wochen Zeit zu sparen.

Es ist wunderbar, den Menschen zu helfen, ihr Wissen auf einfache Weise zu erweitern, indem sie nur ihre Fragen beantworten.

Ich denke, der Ansatz, dieses Buch zu schreiben, ist einzigartig, da es die wichtigen Fragen sammelt und verfolgt, die von den Lesern in Suchmaschinen gestellt werden.

Bestätigungen

Ein Buch zu schreiben ist schwieriger als ich dachte und lohnender, als ich es mir jemals hätte vorstellen können. Nichts davon wäre ohne die Arbeit renommierter Forscher möglich gewesen, und ich möchte ihre Bemühungen würdigen, das Wissen der Öffentlichkeit über diese neue Technologie zu verbessern.

Widmung

Für die Erleuchteten, diejenigen, die die Dinge anders sehen und wollen, dass die Welt besser wird - sie mögen den Status quo oder den bestehenden Staat nicht. Du kannst ihnen zu sehr widersprechen, und du kannst noch mehr mit ihnen streiten, aber du kannst sie nicht ignorieren, und du darfst sie nicht unterschätzen, weil sie immer Dinge verändern ... Sie treiben die menschliche Rasse voran, und während einige sie als die Verrückten oder Amateure betrachten, sehen andere Genie und Innovatoren, weil diejenigen, die erleuchtet genug sind, um zu denken, dass sie die Welt verändern können, diejenigen sind, die es tun und die Menschen zur Aufklärung führen.

Epigraph

Synthetische Photosynthese ist ein chemischer Prozess, der den natürlichen Prozess der Photosynthese repliziert, indem Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid in Kohlenhydrate und Sauerstoff umgewandelt werden. Dieser Prozess wird auch als künstliche Photosynthese bezeichnet. Der Prozess des Fangens und Speicherns der Energie aus Sonnenlicht in den chemischen Bindungen eines Brennstoffs wird allgemein als künstliche Photosynthese bezeichnet, und das Wort wird normalerweise synonym mit dem Ausdruck verwendet. Photokatalytische Wasserspaltung, oft bekannt als künstliche Photosynthese, ist der Prozess der Umwandlung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff durch die Verwendung von Licht. Ein anderer Ansatz, der erforscht wurde, um den natürlichen Prozess der Kohlenstofffixierung zu duplizieren, wird als lichtgetriebene Kohlendioxidreduktion bezeichnet.

Inhaltsverzeichnis

Urheberrecht

Bonus

Vorwort

Einleitung

Bestätigungen

Widmung

Epigraph

Inhaltsverzeichnis

Kapitel 1: Künstliche Photosynthese

Kapitel 2: Wasserstoff

Kapitel 3: Photowasserstoff

Kapitel 4: Photoelektrochemische Zelle

Kapitel 5: Wasserspaltung

Kapitel 6: Photokatalyse

Kapitel 7: Hydrogenase

Kapitel 8: Solarchemie

Kapitel 9: Mikrobieller Stoffwechsel

Kapitel 10: Wasserstofferzeugung

Kapitel 11: Biowasserstoff

Kapitel 12: Sauerstoffentwicklung

Kapitel 13: Sauerstoff in biologischen Reaktionen

Kapitel 14: Enzymatische Biobrennstoffzelle

Kapitel 15: Daniel G. Nocera

Kapitel 16: Photokatalytische Wasserspaltung

Kapitel 17: Craig L. Hill

Kapitel 18: Solarer Brennstoff

Kapitel 19: Photogeochemie

Kapitel 20: Wasseroxidationskatalyse

Kapitel 21: Bionisches Blatt

Epilog

Über den Autor

Demnächst

Anhänge: Neue Technologien in jeder Branche

Kapitel 1: Künstliche Photosynthese

Synthetische Photosynthese ist ein chemischer Prozess, der den natürlichen Prozess der Photosynthese repliziert, indem Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid in Kohlenhydrate und Sauerstoff umgewandelt werden. Dieser Prozess wird auch als künstliche Photosynthese bezeichnet. Der Prozess des Auffangens und Speicherns der Energie aus Sonnenlicht in den chemischen Bindungen eines Brennstoffs wird oft als künstliche Photosynthese bezeichnet, und der Ausdruck wird im Allgemeinen für jedes solche System (einen solaren Brennstoff) verwendet. Photokatalytische Wasserspaltung, oft bekannt als künstliche Photosynthese, ist der Prozess der Umwandlung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff durch die Verwendung von Licht. Eine andere Technik, die der natürlichen Kohlenstofffixierung ähnelt, wird als lichtgetriebene Kohlendioxidreduktion bezeichnet.

Das Design und die Montage von Geräten zur direkten Herstellung von solaren Brennstoffen, die Photoelektrochemie und ihre Anwendung in Brennstoffzellen sowie die Entwicklung von Enzymen und photoautotrophen Mikroorganismen zur Herstellung von mikrobiellen Biokraftstoffen und Biowasserstoff aus Sonnenlicht sind Beispiele für die Arten von Forschung, die in den Bereich dieses Feldes fallen.

Oxidation und Reduktion sind zwei Halbreaktionen, die aus der photosynthetischen Reaktion herausgelöst werden können. Beide Reaktionen sind für die Herstellung von Kraftstoff notwendig. Während des Photosyntheseprozesses werden Wassermoleküle durch Licht oxidiert, was zur Freisetzung von Sauerstoff und Protonen führt. Der Calvin-Benson-Zyklus ist die Bezeichnung für den lichtunabhängigen Prozess, der während der zweiten Phase der Photosynthese in Pflanzen stattfindet. Diese Reaktion wandelt Kohlendioxid in Glukose (Kraftstoff) um. Photokatalysatoren, die beide Prozesse durchführen können, werden nun von Forschern entwickelt, die an der künstlichen Photosynthese arbeiten. Darüber hinaus können die Protonen, die als Nebenprodukt der Wasserspaltung entstehen, zur Erzeugung von Wasserstoff verwendet werden. Diese Katalysatoren müssen in der Lage sein, schnell zu reagieren und einen signifikanten Teil der Sonnenphotonen zu absorbieren, die auf sie einfallen.

Die Ineffizienz der Kraftstofferzeugung aus Sonnenenergie (indirekter Prozess) und die Tatsache, dass das Sonnenlicht den ganzen Tag über nicht konstant ist, sind zwei Faktoren, die den Einsatz dieser Technologie einschränken.

Die Schaffung von Biokraftstoffen ist eine Verwendung der natürlichen Photosynthese, die in Betracht gezogen werden kann, Es ist ein Umweg zu sagen, dass es nicht sehr effizient ist, eine Art von Energie in eine andere umzuwandeln (aufgrund der Tatsache, dass die Photosynthese selbst nicht sehr gut darin ist, Sonnenlicht in Biomasse umzuwandeln), die Kosten für die Sammlung und den Versand des Brennstoffs,  sowie Spannungen infolge des wachsenden Bedarfs an Landmasse für die landwirtschaftliche Produktion.

Die Herstellung eines Brennstoffs aus Sonnenschein, der in Zeiten, in denen das Sonnenlicht nicht zugänglich ist, leicht gespeichert und genutzt werden kann, ist das Ziel der künstlichen Photosynthese durch direkte Prozesse, dh zur Herstellung eines solaren Brennstoffs.

Als Ergebnis der Erfindung von Katalysatoren, die in der Lage sind, die wesentlichen Komponenten der Photosynthese nachzubilden, wären am Ende die einzigen Quellen, die für die Erzeugung sauberer Energie benötigt würden, Wasser und Sonnenschein.

Nur Sauerstoff würde als Nebenprodukt produziert, außerdem könnte die Herstellung von Solarbrennstoff eines Tages billiger sein als die Herstellung von Benzin.

Darüber hinaus wird erwartet, dass es eine der wichtigsten, wenn nicht die wichtigste Methode ist, die sowohl effizient als auch effektiv ist, um Wasserstoff aus Wasser zu extrahieren.

Eine der vielversprechendsten Technologien, die derzeit entwickelt werden, ist eine, die Sonnenenergie über einen Prozess namens Wasserspaltung in Wasserstoff umwandelt, der durch Photohalbleiterkatalysatoren unterstützt wird.

Mit dieser Technik