Energy is vital to global prosperity, yet dependence on fossil fuels as our primary energy source contributes to global climate change environmental degradation, and health problems. Hydrogen $(H_2)$ offers tremendous potential as a clean renewable energy currency. Hydrogen has the highest gravimetric energy density of any known fuel and is compatible with electrochemical and combustion processes for energy conversion without producing carbon-based emission that contribute to environmental pollution and climate change. Numerous methodologies have been developed for effective hydrogen production. Among them, the biological hydrogen production has gained attention, because hydrogen can be produced by cellular metabolismunder the presence of water and sunlight. The green alga Chlamydomonas reinhardtii is capable of sustained $H_2$ photoproduction when grown under sulfur deprived condition. Under sulfur deprived conditions, PSII and photosynthetic $O_2$ evolution are inactivated, resulting in shift from aerobic to anaerobic condition in the culture. After anaerobiosis, sulfur deprived algal cells induce a reversible hydrogenase and start to evolve $H_2$ gas in the light. According to above principle, we investigated the effect of induction parameters such as cell age, cell density. light intensity, and sulfate concentration under sulfur deprived condition We also developed continuous hydrogen production system by sulfate re-addition under sulfur deprived condition.
The correlation between alcoholic fermentation rate, measured as carbon dioxide ($CO_2$) evolution, and the rate of hydrogen sulfide ($H_2S$) formation during wine production was investigated. Both rates and the resulting concentration peaks in fermentor headspace $H_2S$ were directly impacted by yeast assimilable nitrogenous compounds in the grape juice. A series of model fermentations was conducted in temperature-controlled and stirred fermentors using a complex model juice with defined concentrations of ammonium ions and/or amino acids. The fermentation rate was measured indirectly by noting the weight loss of the fermentor; $H_2S$ was quantitatively trapped in realtime using a pre-calibrated $H_2S$ detection tube which was inserted into a fermentor gas relief port. Evolution rates for $CO_2$ and $H_2S$ as well as the relative ratios between them were calculated. These fermentations confirmed that total sulfide formation was strongly yeast strain-dependent, and high concentrations of yeast assimilable nitrogen did not necessarily protect against elevated $H_2S$ formation. High initial concentrations of ammonium ions via addition of diammonium phosphate (DAP) caused a higher evolution of $H_2S$ when compared with a non-supplemented but nondeficient juice. It was observed that the excess availability of a certain yeast assimilable amino acid, arginine, could result in a more sustained $CO_2$ production rate throughout the wine fermentation. The contribution of yeast assimilable amino acids from conventional commercial yeast foods to lowering of the $H_2S$ formation was marginal.
The present work considers the concept of enzymatic photoelectrochemical generation of hydrogen through water splitting using a Xe lamp as a source of light. A solar cell was applied to the system in order to shift the level of electrochemical energy of the system, resulting in the rate of hydrogen production at $43\;{\mu}mol/(cm^2{\times}hr)$ in cathodic compartment with an anodized tubular $TiO_2$ electrode(ATTE, $5^{\circ}C$/1hr in 0.5 wt% HF-$650^{\circ}C$/5hr). The trend of the rate of hydrogen production, for the ATTEs with different annealing temperature from $350^{\circ}C$ to $850^{\circ}C$, fairly well coincided with the photoelectrical properties measured by potentiostat. The actual chemical bias through imposition of two electrolytes of different pHs between anode(13.68) and cathode(7.5) was 0.24eV.
A growing body of evidence has been supporting the existence of so-called "dark molecular gas" (DMG), which is invisible in the most common tracer of molecular gas, i.e., CO rotational emission. DMG is believed to be the main gas component of the intermediate extinction region from Av~0.05-2, roughly corresponding to the self-shielding threshold of $H_2$ and $^{13}CO$. To quantify DMG relative to $H{\small{I}}$ and CO, we are pursuing three observational techniques; $H{\small{I}}$ self-absorption, OH absorption, and THz $C^+$ emission. In this paper, we focus on preliminary results from a CO and OH absorption survey of DMG candidates. Our analysis shows that the OH excitation temperature is close to that of the Galactic continuum background and that OH is a good DMG tracer co-existing with molecular hydrogen in regions without CO. Through systematic "absorption mapping" by the Square Kilometer Array (SKA) and ALMA, we will have unprecedented, comprehensive knowledge of the ISM components including DMG in terms of their temperature and density, which will impact our understanding of galaxy evolution and star formation profoundly.
A new system using $TiO_2$ (nano-sized, band-gap 3.14 eV)-impregnated spherical ZnS (micro-sized, band-gap 2.73 eV) nano/micro-composites (Ti 0.001, 0.005, 0.01, and 0.05 mol %/ZnS) was developed to enhance the production of hydrogen from methanol/water splitting. The ZnS particles in a spherical morphology with a diameter of about 2-4 mm which can absorb around 455 nm were prepared by hydrothermal method. This material was used as a photocatalyst with loading by nano-sized $TiO_2$ (20-30 nm) for hydrogen production. The evolution of $H_2$ from methanol/water (1:1) photo splitting over the $TiO_2$/ZnS composite in the liquid system was enhanced, compared with that over pure $TiO_2$ and ZnS. In particular, 1.2 mmol of $H_2$ gas was produced after 12 h when 0.005 mol % $TiO_2$/ZnS nano/micro-composite was used. On the basis of cyclic voltammeter (CV) and UV-visible spectrums results, the high photoactivity was attributed to the larger band gap and the lower LUMO in the $TiO_2$/ZnS composite, due to the decreased recombination between the excited electrons and holes.
Continuous accretion of metal-poor gas can explain the discrepancy between the number of observed G-dwarfs and the number predicted by the "simple model" of galactic evolution. The maximum accretion rate estimated based upon approaching high velocity clouds (HVCs) can be up to ${\sim}0.4M_{\odot}{\cdot}yr^{-1}$ which is comparable with the accretion rate required by many chemical evolution models that is at least ${\sim}0.45M_{\odot}{\cdot}yr^{-1}$. However, it is not clear to what extent the exchange of gas between the disk and the cloud can occur when an HVC collides with the galactic disk. Therefore, we examined a series of HVC-Disk collision simulations using the FLASH 2.5 hydrodynamics simulation code. The outcomes of our simulations show that an HVC will more likely take away substances from the galactic disk rather than adding new material to the disk. We define this as an HVC having a "negative fuel rate". Further results in our study also indicate that the process and amount of fuel rate change can have various forms depending on the density, radius and velocity of an approaching HVC. The simulations in our study covers HVCs with a neutral hydrogen volume density from $1.0{\times}10^{-2}cm^{-3}$ to $41.0cm^{-3}$, radius of 200 pc to 1000 pc and velocity in the range between $40km{\cdot}s^{-1}$ and $100km{\cdot}s^{-1}$.
The growing environmental concerns due to increased fossil fuel consumption have intensified the demand for sustainable and economically viable energy sources. Among the various energy storage devices, lithium-ion batteries (LIBs) are widely used in electronic devices and electric vehicles due to their high energy density and excellent cycle life. However, LIBs face challenges such as safety concerns due to side reactions, thermal expansion, and explosion risks, along with issues of limited resource availability and high costs. As a result, multivalent metals such as calcium, magnesium, zinc, iron, and aluminum are being explored as alternatives to lithium. Recently, there has been significant interest in developing aqueous zinc-ion battery (AZIB) due to their use of water as an electrolyte solvent, which enhances safety by reducing the risk of fire even in the event of a short circuit. Additionally, AZIBs offer benefits such as non-toxicity, fast ion conductivity, high volumetric capacity, and cost-effectiveness due to the abundance of zinc. Despite these advantages, AZIBs face challenges including dendrite formation on the zinc anode during cycling, leading to short circuits, corrosion, and hydrogen gas evolution, which can compromise battery performance and safety. This review discusses the underlying mechanisms of these issues and explores various strategies to stabilize the zinc anode and improve the overall performance of AZIBs.
Due to the intermittency of renewable energy sources, a need to store and transport energy will increase. Hydrogen production through water electrolysis will provide an excellent way to supplement the intermittency of renewable energy sources. While alkaline water electrolysis is currently the most mature technology, it has drawbacks of low current density, large footprint, gas crossover, etc. The PEM water electrolysis has potential to replace the alkaline electrolysis. However, expensive catalyst material used in the PEM electrolysis has been the bottleneck of widespread use. In this review, we have reviewed recent efforts to reduce catalyst loading in PEM water electrolysis. In core-shell nanostructures, the precious metal catalyst forms a shell while heteroatoms form a core. In this way, the catalyst loading can be significantly reduced while maintaining the catalytic activity. In another approach, a corrosion-resistant support is utilized, which provides a stable platform to impregnate precious metal catalyst.
In the present study, the effect of microporosity on the tensile properties of as-cast AZ91D magnesium alloy was investigated through experimental observation and numerical prediction. The test specimens were fabricated by die-casting and gravity-casting. For gravity-casting, the inoculation and use of various metallic moulds were applied to obtain a wide range of microporosity. The deficiency of the interdendritic feeding of the liquid phase acted as d dominant mechanism on the formation of the micropores in the Mg-Al-alloys, rather than the evolution of hydrogen gas. Although tensile strength and elongation has a nonlinear and very intensive dependence upon microporosity, the yield strength appeared to have a linear relationship with microporosity. However, it was possible to quantitatively estimate the linear contribution of microporosity on the individual tensile property far a range of microporosity, which was below about B %. The numerical prediction suggests that the effect of microporosity on fractured strength and elongation decreased as the strain hardening exponent increased. Furthermore. the shape and distribution of micropores may play a more dominant role than local plastic deformation on the tensile behavior of AZ9lD alloy.
Kim, Jung-Hwan;Kang, Ki-Cheol;Yoon, Sang-Hoon;Na, Hyun-Taek;Lee, Chang-Hee
Journal of Welding and Joining
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v.27
no.6
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pp.43-48
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2009
In this study, Cu-based bulk metallic glass (BMG) coatings were deposited by atmospheric plasma spraying (APS) process with different process conditions (with- and without hydrogen gas). As adding the hydrogen gas, thermal energy in the plasma flame increased and induced difference in the melting state of the Cu-based BMG particles. The microstructure and mechanical properties of the coatings were analyzed using a scanning electron microscope (SEM) with an energy dispersive spectroscopy (EDS) and nano-indentation tester in the light of phase analysis. It was elucidated by the nano-indentation tests that un-melted region was a mainly amorphous phase which showed discrete plasticity observed as the flow serrations on the load.displacement (P - h) curves, and the curves of solidified region showed lower flow serrations as amorphous phase mingled with crystalline phase. Oxides produced during the spraying process had the highest hardness value among the phases and were well mixed with other phases resulted from the increase in melting degree.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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