Making solar fuels by artificial photosynthesis

In order for solar energy to serve as a primary energy source, it must be paired with energy storage on a massive scale. At this scale, solar fuels and energy storage in chemical bonds is the only practical approach. Solar fuels are produced in massive amounts by photosynthesis with the reduction of CO(2) by water to give carbohydrates but efficiencies are low. In photosystem II (PSII), the oxygen-producing site for photosynthesis, light absorption and sensitization trigger a cascade of coupled electron-proton transfer events with time scales ranging from picoseconds to microseconds. Oxidative equivalents are built up at the oxygen evolving complex (OEC) for water oxidation by the Kok cycle. A systematic approach to artificial photo synthesis is available based on a ""modular approach"" in which the separate functions of a final device are studied separately, maximized for rates and stability, and used as modules in constructing integrated devices based on molecular assemblies, nanoscale arrays, self-assembled monolayers, etc. Considerable simplification is available by adopting a ""dyesensitized photoelectrosynthesis cell"" (DSPEC) approach inspired by dye-sensitized solar cells (DSSCs). Water oxidation catalysis is a key feature, and significant progress has been made in developing a single-site solution and surface catalysts based on polypyridyl complexes of Ru. In this series, ligand variations can be used to tune redox potentials and reactivity over a wide range. Water oxidation electrocatalysis has been extended to chromophore-catalyst assemblies for both water oxidation and DSPEC applications.

USE OF SOLAR ENERGY IN THE TREATMENT OF WATER CONTAMINATED WITH PHENOL BY PHOTOCHEMICAL PROCESSES

The solar driven photo-Fenton process for treating water containing phenol as a contaminant has been evaluated by means of pilot-scale experiments with a parabolic trough solar reactor (PTR). The effects of Fe(II) (0.04-1.0 mmol L(-1)), H(2)O(2) (7-270 mmol L(-1)), initial phenol concentration (100 and 500 mg C L(-1)), solar radiation, and operation mode (batch and fed-batch) on the process efficiency were investigated. More than 90% of the dissolved organic carbon (DOC) was removed within 3 hours of irradiation or less, a performance equivalent to that of artificially-irradiated reactors, indicating that solar light can be used either as an effective complementary or as an alternative source of photons for the photo-Fenton degradation process. A non-linear multivariable model based on a neural network was fit to the experimental results of batch-mode experiments in order to evaluate the relative importance of the process variables considered on the DOC removal over the reaction time. This included solar radiation, which is not a controlled variable. The observed behavior of the system in batch-mode was compared with fed-batch experiments carried out under similar conditions. The main contribution of the study consists of the results from experiments under different conditions and the discussion of the system behavior. Both constitute important information for the design and scale-up of solar radiation-based photodegradation processes.

Open-circuit voltages: Theoretical and experimental optimizations of rear passivated silicon solar cells using Fz and Cz wafers

The theoretical and experimental open-circuit voltage optimizations of a simple fabrication process of silicon solar cells n(+)p with rear passivation are presented. The theoretical results were obtained by using an in-house developed program, including the light trapping effect and metal-grid optimization. On the other hand, the experimental steps were monitored by the photoconductive decay technique. The starting materials presented thickness of about 300 pm and resistivities: FZ (0.5 Omega cm), Cz-type 1 (2.5 Omega cm) and Cz-type 2 (3.3 Omega cm). The Gaussian profile emitters were optimized with sheet resistance between 55 Omega/sq and 100 Omega/sq, and approximately 2.0 mu m thickness in accordance to the theoretical results. Excellent implied open-circuit voltages of 670.8 mV, 652.5 mV and 662.6 mV, for FZ, Cz-type 1 and Cz-type 2 silicon wafers, respectively, could be associated to the measured lifetimes that represents solar cell efficiency up to 20% if a low cost anti-reflection coating system, composed by random pyramids and SiO(2) layer, is considered even for typical Cz silicon. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Implication of the visual system in the regulation of activity cycles in the absence of solar light: 2-[I-125]iodomelatonin binding sites and melatonin receptor gene expression in the brains of demersal deep-sea gadiform fish

Relative eye size, gross brain morphology and central localization of 2-[I-125]iodomelatonin binding sites and melatonin receptor gene expression were compared in six gadiform fish living at different depths in the north-east Atlantic Ocean: Phycis blennoides (capture depth range 265-1260 m), Nezumia aequalis (445-1512 m), Coryphaenoides rupestris (706-1932 m), Trachyrincus murrayi (1010-1884 m), Coryphaenoides guentheri (1030 m) and Coryphaenoides (Nematonurus) armatus (2172-4787 m). Amongst these, the eye size range was 0.15-0.35 of head length with a value of 0.19 for C.(N.) armatus, the deepest species. Brain morphology reflected behavioural differences with well-developed olfactory regions in P.blennoides, T.murrayi and C. (N.) armatus and evidence of olfactory deficit in N. aequalis, C. rupestris and C. guentheri. All species had a clearly defined optic tectum with 2-[I-125] iodomelatonin binding and melatonin receptor gene expression localized to specific brain regions in a similar pattern to that found in shallow-water fish. Melatonin receptors were found throughout the visual structures of the brains of all species. Despite living beyond the depth of penetration of solar light these fish have retained central features associated with the coupling of cycles of growth, behaviour and reproduction to the diel light-dark cycle. How this functions in the deep sea remains enigmatic.

The polar ionosphere at Zhongshan Station on May 11, 1999, the day the solar wind almost disappeared

The solar wind almost disappeared on May 11,1999: the solar wind plasma density and' dynamic pressure were less than 1 cm(-3) and 0.1 nPa respectively, while the interplanetary magnetic field was northward. The polar ionospheric data observed by the multi-instruments at Zhongshan Station in Antarctica on such special event day was compared with those of the control day (May 14). It was shown that geomagnetic activity was very quiet on May 11 at Zhongshan. The magnetic pulsation, which usually occurred at about magnetic noon, did not appear. The ionosphere was steady and stratified, and the F-2 layer spread very little. The critical frequency of dayside F-2 layer, f(0)F(2), was larger than that of control day, and the peak of f(0)F(2) appeared 2 hours earlier. The ionospheric drift velocity was less than usual. There were intensive auroral E-s appearing at magnetic noon. All this indicates that the polar ionosphere was extremely quiet and geomagnetic field was much more dipolar on May 11. There were some signatures of auroral substorm before midnight, such as the negative deviation of the geomagnetic H component, accompanied with auroral E-s and weak Pc3 pulsation.

Applications of accurate, high-precision Pb isotope ratio measurement by multi-collector ICP-MS

The isotope composition of Ph is difficult to determine accurately due to the lack of a stable normalisation ratio. Double and triple-spike addition techniques provide one solution and presently yield the most accurate measurements. A number of recent studies have claimed that improved accuracy and precision could also be achieved by multi-collector ICP-MS (MC-ICP-MS) Pb-isotope analysis using the addition of Tl of known isotope composition to Pb samples. In this paper, we verify whether the known isotope composition of Tl can be used for correction of mass discrimination of Pb with an extensive dataset for the NIST standard SRM 981, comparison of MC-ICP-MS with TIMS data, and comparison with three isochrons from different geological environments. When all our NIST SRM 981 data are normalised with one constant Tl-205/Tl-203 of 2.38869, the following averages and reproducibilities were obtained: Pb-207/Pb-206=0.91461+/-18; Pb-208/Ph-206 = 2.1674+/-7; and (PbPh)-Pb-206-Ph-204 = 16.941+/-6. These two sigma standard deviations of the mean correspond to 149, 330, and 374 ppm, respectively. Accuracies relative to triple-spike values are 149, 157, and 52 ppm, respectively, and thus well within uncertainties. The largest component of the uncertainties stems from the Ph data alone and is not caused by differential mass discrimination behaviour of Ph and Tl. In routine operation, variation of sample introduction memory and production of isobaric molecular interferences in the spectrometer's collision cell currently appear to be the ultimate limitation to better reproducibility. Comparative study of five different datasets from actual samples (bullets, international rock standards, carbonates, metamorphic minerals, and sulphide minerals) demonstrates that in most cases geological scatter of the sample exceeds the achieved analytical reproducibility. We observe good agreement between TIMS and MC-ICP-MS data for international rock standards but find that such comparison does not constitute the ultimate. test for the validity of the MC-ICP-MS technique. Two attempted isochrons resulted in geological scatter (in one case small) in excess of analytical reproducibility. However, in one case (leached Great Dyke sulphides) we obtained a true isochron (MSWD = 0.63) age of 2578.3 +/- 0.9 Ma, which is identical to and more precise than a recently published U-Pb zircon age (2579 3 Ma) for a Great Dyke websterite [Earth Planet. Sci. Lett. 180 (2000) 1-12]. Reproducibility of this age by means of an isochron we regard as a robust test of accuracy over a wide dynamic range. We show that reliable and accurate Pb-isotope data can be obtained by careful operation of second-generation MC-ICP magnetic sector mass spectrometers. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Melanocytic nevi, solar keratoses, and divergent pathways to cutaneous melanoma

Background: Some melanomas form on sun-exposed body sites, whereas others do not. We previously proposed that melanomas at different body sites arise through different pathways that have different associations with melanocytic nevi and solar keratoses. We tested this hypothesis in a case-case comparative study of melanoma patients in Queensland, Australia. Methods: We randomly selected patients from among three prespecified groups reported to the population-based Queensland Cancer Registry: those with superficial spreading or nodular melanomas of the trunk (n = 154, the reference group), those with such melanomas of the head and neck (n = 77, the main comparison group), and those with lentigo maligna melanoma (LMM) (n = 75, the chronic sun-exposed group). Each participant completed a questionnaire, and a research nurse counted melanocytic nevi and solar keratoses. We calculated exposure odds ratios (ORs) and 95% confidence intervals (CIs) to quantify the association between factors of interest and each melanoma group. Results: Patients with head and neck melanomas, compared with patients with melanomas of the trunk, were statistically significantly less likely to have more than 60 nevi (OR = 0.34, 95% CI = 0.15 to 0.79) but were statistically significantly more likely to have more than 20 solar keratoses (OR = 3.61, 95% CI = 1.42 to 9.17) and also tended to have a past history of excised solar skin lesions (OR = 1.87, 95% CI = 0.89 to 3.92). Patients with LMM were also less likely than patients with truncal melanomas to have more than 60 nevi (OR = 0.32, 95% CI = 0.14 to 0.75) and tended toward more solar keratoses (OR = 2.14, 95% CI = 0.88 to 5.16). Conclusions: Prevalences of nevi and solar keratoses differ markedly between patients with head and neck melanomas or LMM and patients with melanomas of the trunk. Cutaneous melanomas may arise through two pathways, one associated with melanocyte proliferation and the other with chronic exposure to sunlight.

Estudo morfofisiológico e anatômico de dois genótipos de cacaueiro (Theobroma cacao L.) submetidos a diferentes condições de radiação solar

A luminosidade desponta como um dos fatores abióticos de maior importância no estabelecimento das plantas, podendo ocasionar alterações a nível fisiológico e anatômico, interferindo diretamente no desenvolvimento das mesmas e consequentemente, sua produtividade. O cacaueiro (Theobroma cacao – Malvaceae) possui grande interesse econômico devido à utilização de suas sementes para produção de manteiga de cacau e chocolate. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi comparar características fisiológicas e anatômicas de dois genótipos de cacaueiro (PH 16 e IPIRANGA 01), submetidos a diferentes condições de radiação solar de modo a inferir a respeito das condições de luminosidade mais favoráveis ao desenvolvimento dos mesmos. Foram realizadas análises de crescimento, teor de pigmentos, trocas gasosas e anatômicas caulinares e foliares. O delineamento experimental foi em Blocos casualizados (DBC), com 4 repetições em arranjo fatorial 2 x 5, constituído de dois genótipos e 5 níveis de luminosidade (0% - pleno sol -, 18%, 30%, 50% e 80% de sombreamento), totalizando 40 parcelas com 10 plantas cada. Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância e regressão. Os resultados de crescimento indicam maior adaptação, de ambos os genótipos, em condições de irradiância alta a moderada. O índice de qualidade de Dickson demonstrou maior capacidade de sobrevivência em condições de campo a níveis altos de irradiância para o genótipo PH 16 e a níveis de irradiância moderada para IPIRANGA 01. Os teores de pigmentos fotossintetizantes de IPIRANGA 01 mostram-se mais elevados na condição de 30% de sombreamento, enquanto que, para PH 16 os maiores teores foram observados em 50% de sombreamento. Ambos os genótipos demonstraram altas taxas de A, Ci, E, A/E, A/Gs e A/Ci, sob elevadas irradiâncias, assim como adaptações anatômicas caulinares e foliares a maiores luminosidades, tais como, maior espessamento do limbo foliar, parênquima paliçádico, esponjoso, limbo foliar, epiderme adaxial e densidade estomática, além de maior densidade e frequência de elementos de vaso e espessura do xilema secundário. Os genótipos PH 16 e IPIRANGA 01 apresentaram uma grande plasticidade em relação aos diferentes níveis de irradiância, no entanto, constatou-se que PH 16 apresentou melhor desempenho sob condições de alta irradiância, como as obtidas nos tratamentos a pleno sol e 18% de sombreamento, enquanto que, IPIRANGA 01 mostrou-se mais adaptado sob sombreamento moderado, a 30% de sombra.

Energia solar térmica: uma contribuição para a melhoria do RCCTE

O presente estudo pretende avaliar o desempenho energético dos vários sistemas de preparação de águas quentes sanitárias (AQS) em edifícios de habitação. Segundo o RCCTE, decreto de lei nº 80/2006 de 4 de Abril, o recurso a sistemas de colectores solares térmicos é obrigatório sempre que haja uma exposição solar adequada. O RCCTE indica parâmetros de referência para o dimensionamento e cálculo do desempenho do sistema solar térmico. Indica nomeadamente um consumo de AQS a 60º C médio de referência de 40 l por pessoa e exige uma área mínima de captação na base de lm2 de colector padrão por ocupante convencional previsto. Existe no mercado a tendência para dimensionar o sistema para o mínimo exigido pela lei. Este relatório mostra que os parâmetros de referência do RCCTE estão desajustados à realidade portuguesa. Segundo este estudo, o consumo médio diário é o dobro do referido, resultando na redução muito significativa do desempenho energético do sistema solar, dado que existe um subdimensionamento da área de captação. Nestas condições, conclui-se que um sistema tradicional de esquentador a gás é mais eficiente que um sistema de colectores solares térmicos com apoio por efeito de Joule. Em Portugal, cerca de 35% dos sistemas solares em edifícios de habitação, utilizam esta energia de apoio. Este estudo apresenta fortes fundamentos para se rever os parâmetros de referência do RCCTE e permite concluir que o apoio por efeito de Joule, nas actuais condições, não deve ser permitido.

Acompanhamento e caracterização do desempenho de uma UTA baseada em tecnologia DEC assistida por energia solar

Neste trabalho referiremos em particular a tecnologia do arrefecimento evaporativo com desumidificação prévia por exsicantes e far-se-á a apresentação da Unidade de Demonstração instalada no INETI (Instituto Nacional de Engenharia Tecnologia e Inovação) que faz uso dessa tecnologia que recorre a um sistema de captação de energia solar do tipo CPC (Colectores Parabólicos Compostos). Em funcionamento desde 1999, este sistema já sofreu várias alterações que serão referidas, realçando-se as que tiveram lugar mais recentemente, e serão apresentados alguns resultados entretanto obtidos. O funcionamento de todo o sistema foi acompanhado de perto, possibilitando assim, uma melhor compreensão do funcionamento do mesmo e, no caso de surgirem anomalias, actuar de imediato na tentativa de resolução. Para além da descrição dos componentes principais, modos de operação e alterações introduzidas, neste trabalho são apresentados e analisados os resultados obtidos nesta nova fase de funcionamento da UTA, após introdução de um humidificador na conduta de insuflação. Concluí-se que para períodos que antecedem e procedem o pico do Verão, esta unidade executa a sua função na perfeição apresentando valores de eficiência energética bastante favoráveis. Ao longo da estação fria, a captação de energia por parte dos colectores solares, possibilita o aquecimento dos espaços a climatizar.

Monitorização e caracterização de uma UTA com tecnologia exsicante-evaporativa assistida por energia solar de acordo com a metodologia definida no âmbito da AIE SHC task 38

A presente dissertação fundamenta-se na monitorização e análise de uma “Unidade de Tratamento de Ar” baseada em tecnologia exsicante evaporativa assistida por energia solar. Primeiramente é apresentado um conjunto de conceitos associados ao tema abordado, de modo a facilitar a compreensão dos fenómenos termodinâmicos envolvidos. Após a abordagem inicial que serve de consolidação, é feito o ponto da situação actual, quer em termos tecnológicos, quer em termos de instalações existentes. A etapa seguinte da dissertação descreve pormenorizadamente a instalação do LNEG e seus princípios de funcionamento, nesta fase também é contemplada a descrição sumária dos equipamentos, dos componentes e dos elementos de medição e controlo presentes no sistema. A metodologia seguida assenta fortemente em dois pontos; primeiro, a monitorização do sistema através do software “Agilent VEE Pro” e pela análise dos dados recolhidos com auxílio da folha de cálculo do LNEG, desenvolvida especialmente para este sistema. Em segundo lugar, a metodologia seguida será a imposta pela “Tarefa 38” de acordo com a Agência Internacional de Energia, no âmbito do programa de Aquecimento e Arrefecimento Solar o que permite a comparação de sistemas a nível internacional. Alias a “Tarefa 38” pretende desenvolver esta tecnologia, ao nível da concepção, estandardização, optimização das instalações, conceder o fácil acesso à informação e promover a comparabilidade de resultados. O desempenho global do sistema é bastante positivo, o bom comportamento do sistema é ilustrado na análise gráfica feita nos modos de aquecimento e arrefecimento. O grau de satisfação dos utilizadores é bom e o sistema demonstra capacidade para manter o conforto térmico dos espaços a climatizar de acordo com as normas e regulamentos em vigor. A utilização das energias renováveis nos dias de hoje, como por exemplo a energia solar é mais do que uma obrigação, é um dever.