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🌡️ 📆 令和4年12月10日

14.自然との共生―バイオと光-

山形大学  工学部  化学・バイオ工学科  🔋 C1 仁科辰夫

🔚 エネルギー化学 Web Class syllabus 53209 📆 🕥10:30- 🕛12:00 仮想教室中示範B C1 zero zoom

エネルギーの移動と物質移動

光はほぼ一瞬にしてエネルギーを移動できる。 ではほかのエネルギーはどうだろうか? 力学エネルギーは質量の移動を伴う。 熱や物質の移動の形態は似ている。 熱は、放射、拡散、伝熱。 物質は、拡散、泳動、対流。

  1  エネルギーの変換
🧪 化学 電力 💪 動力 🌟 🔥
🧪 化学 電池 ◇ 鉄砲 (火薬) ◇ 化学発光 ◇ 暖炉
電力 蓄電池 電解 ◇ モーター
🔊スピーカー
◇ LED ◇ ヒーター
Q=I2R
💪動力 ◇ 高圧合成 ◇ 発電機
🎤マイク
◇応力発光 ヒートポンプ
pV=nRT
🌟 光合成 ◇ 太陽電池 蛍光 電子レンジ
🔥 ◇ 加熱合成 ◇ 熱電変換 熱機関
pV=nRT
◇ 白熱電球
黒体放射
01.エネルギー化学 13.エネルギー化学 15.エネルギー変換特論 0216

濃度とエントロピーと拡散


蓄積と移動

  2   備蓄と輸送
状態 備蓄 輸送
モノ 野積み(固体)、タンク(液体)・ボンベ(気体) 拡散(🧪化学イオン、🔥熱)、対流(🧪物質、🔥熱)、 🖱 泳動(🧪イオン)
エネルギー 電池 送電(電気)、輻射(🔥熱、🌟光)
情報 ダウンロード・記録 ストリーミング配信・ 通信
カネ 預貯金

時間。 静的か、動的か。 ためておくか、動かすか。 平衡論か速度論か。 コンデンサか抵抗か。


備蓄

  3   エネルギーの備蓄と輸送
状態 エネルギー資源 備蓄 輸送
固体 石炭 野積み 鉄道、船舶
液体 石油 タンク パイプライン
気体 LNG・水素 タンク・ボンベ パイプライン
電気 エネルギー変換 電池 電線

家電で、生活に必須と思われているのは、冷蔵庫、洗濯機、 スマホなどです。 電気は、そのまま 備蓄ができません。今使っている電気は、今、作っている電気です。


エンタルピーと電気泳動

自由エネルギーは、どこにある?

イオンの移動

  4  イオンの移動
形態
対流 重力・動力(撹拌)
泳動 🖱 電位勾配/ クーロン力/導電率 位置エネルギーを最小に 慣性支配
拡散 濃度勾配/拡散係数 エントロピーを最大に 拡散方程式 拡散過電圧 粘性支配

拡散と対流は、イオン移動だけでなく物質移動でも起こります。拡散はイオン移動だけでなく 熱移動でも起こります。


電気泳動

イオンや荷電粒子の移動には、対流、拡散のほかに泳動がある。電気泳動現象はDNAの分析などにも応用されている。

電気泳動
✏ 平常演習 Web Class
イオンの移動度から泳動速度を求めよう . エネルギー化学 工業製品への応用―バイオと光-

光は粒子?

  5 0.  29  エネルギーの種類
示強変数示量変数物質量あたり粒子あたり
🧪 化学エネルギーGJ 化学ポテンシャル 物質量〔mol アボガドロ数
🔥 熱エネルギー Q 〔J〕=TS 温度 T 〔Kエントロピー S 〔J/K気体定数 R 〔J/K・mol

ボルツマン定数 kB 〔J/K

💪 力学的エネルギー E 〔J〕=pV 🖱 圧力 p 〔Pa 体積 V 〔m3理想気体のモル体積 x 〔L/mol
電気エネルギー E 〔J 🖱 電圧 V 〔V電気量 Q 〔Cファラデー定数 F 〔C/mol電気素量 e 〔C
🌟 光エネルギー E 〔J〕 =hν 振動数 ν 〔Hzプランク定数 h 〔J・s
00,01, 14. エネルギー化学 01, 02. .エネルギー化学特論

  1

地球の上空で垂直に降り注ぐ太陽のエネルギーは、 太陽定数と呼ばれる。 太陽定数の値は、 1.37kW/m2である。 地球表面全体で平均した太陽放射エネルギーは、0.342kW/m2で、 太陽定数の1/4にあたる。 4323.3912kJ/cm2 : 499.2624kJ/cm2 :1032641.98812cal/cm2

入射した太陽エネルギーのほとんどは、地球から放射され、地球は熱平衡の状態にある。 産業革命以降のの人類の活動による二酸化炭素濃度の上昇で、熱平衡が崩れ、温暖化が進んでいる。

入射した太陽エネルギーの0.1%が光合成に使われる。化石燃料は、この0.1%のエネルギーを何万年もかけて蓄積したものだ。

生産者によって光合成で同化されたエネルギーの半分は、被食量であり、成長量は1/5にもみたない。 食物連鎖によって一次消費者、二次消費者と続く。光合成をしない二次消費者の成長と熱排出が21%を占める。

人々は、さまざまな生活の局面で、太陽エネルギーを利用してきた。 農業における食糧生産はもちろんのこと、 灰汁抜き前の天日干し。塩田での塩づくり。


光合成

電気化学的に見た光合成について説明し、チコライド膜の役割について述べなさい。


光触媒

光触媒

光触媒の身近な応用例について紹介しなさい。


太陽光発電

ソーラーパネル

  2 住宅 の屋根一体型ソーラーパネル(アモルファス シリコン型)
© 2022 K.Tachibana

山形大学の太陽光発電とリチウムイオン電池

  3 山形大学の米沢キャンパス2022-12-10の太陽光発電と リチウムイオン電池
©S.Okuyama

米沢キャンパスだけで、 1500kWもの電気を使っています。 太陽光発電で賄えるのは、 昼間の日光があるときで、せいぜい30kW。再生可能エネルギーの太陽光だけでは、電気が全然足りません。

スマートグリッドでは、 センサーを使って電力を計測し、インターネットの通信を使って、発電量を制御します。気候に左右されやすい再生可能エネルギーでは、余剰電力を 電池 に蓄えます。

XMLでデータ交換することもできます。

ZEH撤回 次世代住宅ポイント制度
太陽光発電の闇
太陽エネルギー 二酸化炭素 蓄電池 ソーラーパネル 電気自動車
  4 低炭素住宅V2H

V2Hとは、 電気自動車の電池を、 住宅の電池(ESS)にリユース することです。 電気自動車電池容量は、 40kWh程度とすれば、住宅の電池10kWhの4世帯分に相当します。

しかし安全リユース するには、バッテリーのインスペクションが欠かせません。

色素増感湿式太陽電池

迷走する再生可能エネルギー政策の具体例を挙げ、ひとりひとりがどのようにすればよいか提案しなさい。

©2022 Kazuhiro Tachibana

このマークは本説明資料に掲載している引用箇所以外の著作物について付けられたものです。

エネルギー化学


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