تبلیغات
شیمی جوان - مطالب مقالات شیمی
 
شیمی جوان
شیمی علمی برای زندگی
پنجشنبه 19 بهمن 1391 :: نویسنده : بنیامین اکابری

شناخت بیشتر انرژی بیوگاز

انرژی بیوگاز (گاززیستی) در حقیقت انرژی حاصل از تخمیر فضولات حیوانی و باقیمانده‌های گیاهی و به طور کلی ضایعات آلی است که در اثر این فرآیند گازهای متان (حداکثر 70 درصد) و دی‌اکسید کربن آزاد می‌شوند. از گاز متان آزادشده در این فرآیند می‌توان در مناطق روستایی برای تامین برق یا سوخت مصرفی استفاده کرد.

این پدیده حدود 200 سال پیش با مشاهده این‌که گازهای متصاعدشده از باتلاق‌ها و لجنزارها قابل اشتعال هستند، کشف شد. شاید بتوان گفت در ایران نخستین بار شیخ‌بهایی در گرم‌کردن حمام در اصفهان از این انرژی استفاده کرد.

استفاده از انرژی بیوگاز به صورت متداول امروزی پس از جنگ جهانی دوم مطرح شد و کشورهای چین، هندوستان، فیلیپین، هلند، آلمان و آمریکا از جمله کشورهایی هستند که در بهره‌گیری از بیوگاز و امکان توسعه و گسترش، آن را مورد تحقیق و بررسی قرار داده‌اند. در سال‌های اخیر هدف فناوری بیوگاز از بازیابی انرژی به حفاظت محیط‌زیست تغییر یافته است. این پیشرفت در کشورهای توسعه‌یافته‌ای نظیر دانمارک و هلند که محصولات کشاورزی فراوانی دارند، بخوبی قابل مشاهده است.

قدمت استفاده از بیوگاز در ایران به سه قرن قبل(استفاده از سوخت متان در حمام شیخ بهایی اصفهان) بر می
گردد. در کشورمان ایران نیز تحقیقات گستردهای در زمینه کاربرد بیوگاز در حال انجام است؛ لذا استفاده از بیوگاز چشم انداز بسیار روشنی را در آینده برای بخش انرژی کشور ترسیم مینماید.


 

 

 

در حال حاضر بیوگاز بعنوان یکی از منابع عمده تأمین انرژی در دنیا مطرح است و این گاز را هم بطور مستقیم در تأمین انرژی حرارتی و روشنایی و هم بعنوان یک گزینه مناسب برای استفاده در مولدهای احتراق داخلی، میکرو توربینها، پیلهای سوختی و... جهت تولید برق مورد استفاده قرار می‌دهند.

 
فرآیند تولید بیوگاز

به طور خلاصه موضوع حیوانات در شرایط بی‌هوازی گازهایی با ترکیب اصلی که اصطلاحا بیوگاز نامیده می‌شود، تولید می‌کنند. این عمل را می‌توان در شرایط کنترل شده و در دستگاهی موسوم به دستگاه تخمیرکننده یا هاضمه (
Digester) انجام داد. در حال حاضر روش متداول در روستاهای کشور ما سوزاندن فضولات خشک شده است که البته با این عمل چیزی جز مقادیری خاکستر که فقط دارای مقداری املاح معدنی (فسفر، پتاس و...) است، به دست نمی‌آید و مقدار زیادی از نیتروژن و دیگر مواد مغذی آن از بین می‌رود. برای استفاده بهینه از انرژی بیوگاز، تاسیسات و تجهیزات خاصی لازم است.

به طور کلی سیستم‌های تولید بیوگاز دارای 3 قسمت اصلی هستند که یا روی زمین یا زیرزمین بنا می‌شوند:

1 ـ حوضچه و کانال ورودی

2 ـ مخزن هضم‌کننده

3 ـ حوضچه و کانال خروجی

 

 



به طور کلی مواد آلی را در حوضچه ورودی به نسبت تقریبا مساوی با آب مخلوط می‌کنند تا رقیق شود، آن‌گاه این مواد را توسط لوله‌ای به مخزن تخمیر انتقال می‌دهند. در این مخزن با انجام فعل و انفعالات شیمیایی بی‌هوازی توسط مجموعه‌ای از باکتری‌ها عملیات تخمیر و تولید گاز متان انجام می‌گیرد و گاز حاصله از قسمت بالایی مخزن (انبازه گاز) جمع‌آوری شده و از آنجا به حوضچه و کانال خروجی منتقل می‌شود.

بقایای مواد آلی پس از تخمیر به عنوان کودی مرغوب در کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اولین مرحله ایجاد سیستم بیوگاز احداث مخزن است که برای این عمل باید مطالعات دقیقی روی شرایط خاک و سطح آب زیرزمینی انجام شود.

خاک محل مخزن باید نفوذناپذیر بوده و سفره آب زیرزمینی آن نقطه در عمق زیاد یا دارای حجم کمی باشد، همچنین محل مخزن نباید نزدیک درخت باشد تا نفوذ ریشه‌های درخت باعث ترک برداشتن یا شکستن دیواره آن شود.

انرژی بیوگاز (گاززیستی) در حقیقت انرژی حاصل از تخمیر فضولات حیوانی و باقیمانده‌های گیاهی و به طور کلی ضایعات آلی است که در اثر این فرآیند گازهای متان (حداکثر 70 درصد) و دی‌اکسید کربن آزاد می‌شوند.

مهم‌ترین موضوعی که در تولید بیوگاز مطرح است، تغییرات درجه حرارت طی شبانه‌روز است زیرا باکتری‌های بی‌هوازی نسبت به تغییرات درجه حرارت بسیار حساس هستند. بنابراین میزان تغییرات درجه حرارت نباید از 5 درجه سانتی‌گراد بیشتر باشد. مساله مهم دیگر تغییرات ph است. در ابتدای راه‌اندازی سیستم ph حالت بازی دارد و بتدریج حالت اسیدی پیدا می‌کند. ترکیب مواد اولیه (نوع مواد و گیاهانی که در تغذیه حیوانات مورد استفاده قرار می‌گیرد)‌ نیز دارای اهمیت زیادی است. هرقدر مواد اولیه از لحاظ مواد پروتئینی و دیگر مواد مغذی غنی‌تر باشد، شروع فعالیت در سیستم سریع‌تر و میزان گاز تولیدی بیشتر می‌شود.



ادامه مطلب


نوع مطلب : مقالات شیمی، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :
چهارشنبه 4 بهمن 1391 :: نویسنده : بنیامین اکابری

مقاله جامع اندازه گیری DO آب

جهت دانلود در زیر روی عبارت دنبالک ها: دانلود(PDF) کلیک کنید و تا باز شدن کامل صفحه جدید صبر کنید.





نوع مطلب : مقالات شیمی، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط : دانلود(pdf)،

بوزون‌ها حساب‌وکتاب می‌کنند

به بهره‌برداری نرسیدن رایانه‌های کوانتومی برای دهه‌ها، چند گروه از فیزیک‌دان‌ها در سرتاسرجهان را بر آن داشت تا در جست‌وجوی راهی برای به‌کار بستن توان پردازشی این دست‌‌گاه‌های کوانتومی برآیند؛ و یک ابزار فوتونیکی تقریبا ساده ساخته‌‌شد که یک محاسبه‌ی خاص را که انجام‌َش برای رایانه‌های کلاسیکی بسی دشوار و به گفته‌ی آن‌ها شناسه‌ی سرعت ذاتی ابزارهای کوانتومی‌ست، انجام دهد. با این دست‌گاه، نمونه‌گیری بوزونی انجام و خواص ذاتی این گروه از ذرات به کار بسته می‌شود. این گروه‌ها در آزمایش‌گاه کار کرده و به سازگاری خوبی با نظریه رسیده‌اند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

چهارفوتون که در دست‌گاه نمونه‌گیری بوزونی به کار بسته شده‌اند

رایانه‌های کوانتومی بیت‌های کوانتومی –یا کوبیت‌ها- را که هم‌زمان می‌توانند در دو حالت باشند، پردازش می‌کنند. علی‌الاصول، این می‌تواند به افزایشی نمایی در سرعت پردازش یک رایانه‌ی کوانتومی در مقایسه‌ با رایانه‌‌های کلاسیکی بیانجامد. با پردازش کوانتومی‌ می‌توان عددهای بزرگ را به عوامل‌شان تجزیه‌ کرده و در نتیجه رمزهایی را که با رایانه‌های معمولی عملا دست‌نایافتنی‌اند، شکست؛ و هزار کار دیگر کرد. به‌هرروی، دشواری‌های فنی بسیاری در راه پیش‌برد رایانه‌های کوانتومی نشسته بود و دست آخر تنها توانستیم عددهایی مانند ۱۵ و ۲۱ را تجزیه کنیم.

برخی فیزیک‌پیشه‌گان باور دارند که یک محاسبه‌گر ِ کوانتومی ِ میانی به نام دست‌گاه ِ «نمونه‌گیری بوزونی» می‌تواند میان‌بری برای دست‌یابی به سرعت‌های بالاتر در محاسبه‌های کوانتومی باشد. این قطعه نوعی رایانه‌ی کوانتومی نخواهدبود و تنها یک کار می‌کند. این ابزار شبکه‌ای از قطبنده‌هاست که مجموعه‌ای فوتون‌ را که به شماری از پایانه‌های ورودی موازی وارد می‌شوند، تبدیل به مجموعه‌ای دیگر می‌کند که شماری از پایانه‌های خروجی را ترک خواهندکرد؛ و احتمال آن را که یک ترکیب‌بندی از ورودی‌ها به یک خروجی بیانجامد، به دست می‌آورد.



ادامه مطلب


نوع مطلب : مقالات شیمی، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :

داغ‌ترین دمایی که تاکنون اندازه‌گیری شده است، منفی‌ست

فیزیک‌دانان ذراتِ موجود در یک نمونه‌ی گازی را وادار کرده‌اند که بر خلافِ داشتنِ مقادیرِ بسیار زیادی از انرژی، هم‌چنان مقید باقی بمانند. به این ترتیب شمارِ ذراتِ موجود در ترازهای بالاترِ انرژی بیش از شمارِ آن‌ها در ترازهای پایین‌تر است و این به این معناست که دمای این نمونه‌ی گازی در مقیاسِ کلوین، زیرِ صفرِ مطلق است.

گرچه متناقض به نظر می‌آید، اما پژوهش‌گران با سردکردنِ یک نمونه‌ی گازی و رساندنِ دمای آن به مقادیرِ منفی در مقیاسِ کلوین، توانسته‌اند بالاترین دمایی را که تابه‌حال اندازه‌گیری شده است، ثبت کنند. این پژوهش که چهارم ژانویه در مجله‌ی Science به چاپ رسیده به فیزیک‌دانان کمک می‌کند که در موردِ پدیده‌های کوانتومی و یا حتی شکلِ ناشناخته‌ای از انرژی که بر کیهان حکم‌فرمایی می‌کند (انرژیِ تاریک)، بیش‌تر بیاموزند.

منفی‌بودنِ دمای یک سامانه در مقیاسِ کلوین نشان‌دهنده‌ی حالتی‌ست که در آن، شمارِ ذراتِ موجود در حالت‌هایی با انرژیِ بالاتر، بیش‌تر از ذراتی‌ست که در حالت‌هایی با انرژیِ پایین‌تر هستند.

همان‌گونه که آخیم رُش (Achim Rosch)، فیزیک‌دانی از دانش‌گاهِ کُلنِ آلمان که در این کارِ پژوهشی هم‌کاری نداشته توضیح می‌دهد: "ما همواره به دماهایی با اندازه‌ی مثبت عادت داریم، درحالی‌که هیچ مانعی برای منفی‌بودنِ دما وجود ندارد. انجامِ کارهای نامعمول همواره جذاب است".

معمولا دما را به عنوانِ سنجه‌ای برای اندازه‌گیریِ میانگینِ انرژیِ ذراتِ موجود در یک نمونه تعریف می‌کنیم. به عنوانِ مثال، انرژیِ مولکول‌های آب که در دیگی جوشان قرار دارند به طورِ میانگین، بیش‌تر از انرژیِ مولکول‌های آبی راکد است که در یک مکعبِ یخی قرار دارد.

اما برای دانش‌مندانی که مواد را در مقیاس‌های کوانتومی بررسی می‌کنند، دما به عنوانِ سنجه‌ای برای چگونگیِ توزیعِ انرژی میانِ ذراتِ موجود در یک نمونه تعریف می‌شود. درست در دمایی کمی بالاتر از صفرِ مطلق (صفرِ کلوین یا 273- درجه‌ی سلسیوس) تقریبا همه‌ی ذرات موجود در یک نمونه، انرژی‌شان بسیار نزدیک به صفر است و ذرات تنها دارای جنبش‌های بسیار اندکی هستند. اما با افزایشِ دما، تفاوتِ میانِ انرژیِ ذراتِ موجود در نمونه نیز افزایش می‌یابد، برخی از ذرات هم‌چنان انرژیِ بسیار اندکی دارند اما ذراتِ دیگرِ نمونه در حالت‌هایی با انرژیِ بیش‌تر قرار می‌گیرند.

اُلریش اِشنایدِر (Ulrich Schneider) یکی از فیزیک‌دانانِ دانش‌گاهِ لودویک ماکسی‌میلیان واقع در مونیخ است که برای انجامِ کاری شگرف، طرحی در دست دارد. او با فریب‌دادنِ ذراتِ موجود در یک نمونه، آن‌ها را وادار کرده که با وجودِ داشتنِ مقادیرِ بسیار زیادی از انرژی، هم‌چنان در حالت‌های مقید باقی بمانند. به بیانِ دیگر، این پژوهش‌گر به جای آن‌که با افزایشِ انرژی، ذراتی که دارای کمینه مقدارِ انرژی هستند (حالتی با دمای صفرِ مطلق) را به حالت‌هایی با انرژیِ بیش‌تر بفرستد، ذراتی با بیشینه مقدارِ انرژی را به میانِ حالت‌هایی با انرژیِ کم‌تر می‌کشاند. بنا به تعریف، چنین نمونه‌ای در مقیاسِ کلوین دارای دمای منفی خواهد بود.

اعضای این گروهِ پژوهشی برای رسیدن به این هدف، ابتدا اتم‌های پتاسیم را تا دمای چند میلیاردیومِ درجه بالای صفرِ کلوین، سرد می‌کنند. سپس با به‌کارگیریِ چند لیزر و آهن‌ربا، اتم‌ها را وادار می‌کنند که به ترازی با انرژیِ بیش‌تر بروند. به این ترتیب Schneider و هم‌کارانش با ایجادِ انبوهی از ذرات که در ترازهایی با انرژیِ بالا نگه‌داشته شده‌اند، این نمونه‌ی گازی را به دمایی در حدودِ چند میلیاردیومِ درجه زیرِ صفر کلوین می‌رسانند.

این دما در واقع دمایی زیرِ صفرِ کلوین نیست چراکه بر خلافِ مقیاسِ فارنهایت و سلسیوس (که منفی‌بودنِ دما در آن‌ها به معنیِ سردتر بودنِ سامانه است)، دمایی که در مقیاسِ کلوین منفی‌ست اطلاعاتی درباره‌ی ترازهای انرژیِ ذراتِ موجود در یک سامانه به دست می‌دهد. در واقع نمونه‌ی گازی که توسطِ این گروهِ پژوهشی آماده‌سازی شده، بسیار داغ است چراکه بیش‌ترِ ذراتِ این سامانه در ترازهایی با انرژیِ بالا قرار گرفته‌اند. همان‌گونه که Schneider توضیح می‌دهد: "گرما هم‌واره از جسمِ گرم‌تر به سوی جسمِ سردتر شارش می‌یابد. در این آزمایش نیز شارشِ گرما هم‌واره از نمونه‌ی گازی به سوی محیطِ اطراف است. در حقیقت این نمونه‌ی گازی از هرچه در اطرافِ آن می‌شناسیم، گرم‌تر است".

بر خلافِ آن‌چه تاکنون گفته شد، این آزمایش به‌خودیِ‌خود یک ترفندِ جالبِ فیزیکی نیست. چیزی که توجهِ دانش‌مندان را به بررسیِ مواد در دمای منفی جلب می‌کند، ویژگی‌های شگرفِ دیگری‌ست که این مواد از خود نشان می‌دهند. مولکول‌های موجود در یک نمونه‌ی گازیِ معمولی، هم‌واره در حالِ پخش شدن هستند و به دیواره‌های ظرفی که در آن قرار گرفته‌اند، نیرو وارد می‌کنند. اما یک نمونه‌ی گازی با دمای منفی، دارای فشارِ منفی نیز هست که به این معناست که مولکول‌های چنین گازی به جای آن‌که منبسط شوند، بیش‌تر تمایل دارند روی یک‌دیگر فروبریزند.

یافتنِ یک نمونه‌ی گازی با فشارِ منفی ممکن است نقشِ مهمی را در حوزه‌ای دیگر از فیزیکِ کیهانِ پیرامون ما ایفا کند: کیهان‌شناسان بر این باورند که انرژیِ تاریک، پدیده‌ای اسرارآمیز که انبساطِ شتاب‌دارِ کیهان را سبب می‌شود، نیز دارای فشارِ منفی‌ست. Schneider می‌افزاید: "با انجامِ آزمایش‌های هرچه بیش‌تر درباره‌ی دمایِ منفی، که پدیده‌ای کوانتومی‌ست، می‌توان سرشتِ انرژیِ تاریکِ موجود در کیهان را هرچه بهتر شناسایی کرد".

 





نوع مطلب : مقالات شیمی، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :

آیا الکترون‌ها، سیاهچاله‌ها یا بوزون هیگز واقعا وجود دارند؟

 

 آیا شما تاکنون وسوسه شده‌‌اید که بپرسید آیا مولفه‌هایی همچون الکترون‌ها، سیاه‌چاله‌ها یا بوزون هیگز واقعا وجود دارند یا خیر؟ به عنوان یک شیمی‌دان، من درباره آنچه در حوزه کاری من واقعی و قابل اعتماد است، نگرانم. آیا این «مولفه»ها و «نظریه»‌های شیمی و مکانیک کوانتوم است که تاحد زیادی جدول تناوبی را توضیح می‌دهد؟ همچنین دلیل دیگر نگرانی من این است که تمام این مسئله مستقیما به قلب یه بحث قدیمی، مهم (و حل نشده) درباره چگونگی درنظرگرفتن کشف های علمی مربوط می‌شود.

دو جبهه در این بحث وجود دارد: واقع‌‌گرایی علمی و ضد واقع‌گرایی علمی. واقع‌گرایی علمی مستلزم این است که اگر علم توانسته با مفروض قرار دادن وجود مولفه‌هایی مانند الکترون به چنین پیشرفت‌های بزرگی دست یابد، در آن صورت ما باید قدم بعدی را با پذیرش اینکه آنها واقعا وجود دارند، برداریم. آن جهانی که بوسیله علم توصیف شده است، جهان واقعی است. نظریه‌های کنونی ما به عنوان چیزی که به طور تصادفی به دست آمده، بیش از حد موفقیت‌آمیز هستند: ما به نحوی به نقشه‌های طراحی دنیا علاقه‌مند شده‌ایم.



ادامه مطلب


نوع مطلب : مقالات شیمی، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :
سه شنبه 7 آذر 1391 :: نویسنده : بنیامین اکابری

اسمز معکوس

اسمز معکوس چیست؟

اسمز معکوس ، تکنولوژی مدرنی است که آب را برای مصارف متعددی از جمله نیمه رساناها، خوراک پزی، تکنولوژی زیستی، داروها، تولید برق، نمک زدایی آب دریا و آب خوردنی شهری، تصفیه می نماید.از اولین آزمایشاتی که در سال 1950 انجام شد طی آن هر ساعت چند قطره آب تولید می شد، امروزه نتیجه صنعت اسمز معکوس در تولید مشترک جهانی به بیشتر از 7/1 میلیون گالن در هر روز رسیده است. با افزایش روز افزون تقاضاها برای آب خالص (تصفیه شده) ، رشد صنعت اسمز معکوس در قرن آینده با افزایش روبه رو خواهد شد.                                              

ادامه مطلب


نوع مطلب : مقالات شیمی، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :


( کل صفحات : 23 )    1   2   3   4   5   6   7   ...   
آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :