ऊर्जा को एटीपी के रूप में संग्रहित किया जाता है, जो तब शरीर में पदार्थों के संश्लेषण, गर्मी रिलीज, मांसपेशियों के संकुचन आदि के लिए उपयोग किया जाता है। ☢ कोशिकाओं में ऊर्जा प्रक्रियाएं: ऊर्जा का भंडारण और उपयोग जीवन भर ऊर्जा की आवश्यकताएं

ऊर्जा विनिमय- यह जटिल कार्बनिक यौगिकों का चरण-दर-चरण अपघटन है, जो ऊर्जा की रिहाई के साथ आगे बढ़ता है, जो एटीपी अणुओं के मैक्रोर्जिक बॉन्ड में संग्रहीत होता है और फिर बायोसिंथेसिस सहित सेल जीवन की प्रक्रिया में उपयोग किया जाता है, अर्थात। प्लास्टिक विनिमय।

एरोबिक जीव उत्पादन करते हैं:

1. प्रारंभिक- बायोपॉलिमर का मोनोमर्स में बंटवारा।
2. ऑक्सीजन में कमीग्लाइकोलाइसिस ग्लूकोज का पाइरुविक एसिड में टूटना है।
3. ऑक्सीजन- पाइरुविक अम्ल को कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में विभाजित करना।

प्रारंभिक चरण

ऊर्जा चयापचय के प्रारंभिक चरण में, भोजन के साथ प्राप्त कार्बनिक यौगिकों को सरल, आमतौर पर मोनोमर्स में तोड़ दिया जाता है। तो कार्बोहाइड्रेट ग्लूकोज सहित शर्करा में टूट जाते हैं; प्रोटीन - अमीनो एसिड के लिए; वसा - ग्लिसरॉल और फैटी एसिड के लिए।

हालांकि ऊर्जा जारी की जाती है, यह एटीपी में संग्रहीत नहीं होती है और इसलिए बाद में इसका उपयोग नहीं किया जा सकता है। ऊष्मा के रूप में ऊर्जा का अपव्यय होता है।

बहुकोशिकीय जटिल जंतुओं में बहुलकों का विघटन यहाँ ग्रंथियों द्वारा स्रावित एंजाइमों की क्रिया के तहत पाचन तंत्र में होता है। फिर गठित मोनोमर्स मुख्य रूप से आंतों के माध्यम से रक्त में अवशोषित होते हैं। पोषक तत्वों को रक्त में कोशिकाओं के माध्यम से ले जाया जाता है।

हालांकि, पाचन तंत्र में सभी पदार्थ मोनोमर्स में विघटित नहीं होते हैं। कई का विभाजन सीधे कोशिकाओं में, उनके लाइसोसोम में होता है। एककोशिकीय जीवों में, अवशोषित पदार्थ पाचक रसधानियों में प्रवेश करते हैं, जहाँ वे पचते हैं।

परिणामी मोनोमर्स का उपयोग ऊर्जा और प्लास्टिक विनिमय दोनों के लिए किया जा सकता है। पहले मामले में, वे विभाजित होते हैं, और दूसरे मामले में, कोशिकाओं के घटक स्वयं उनसे संश्लेषित होते हैं।

ऊर्जा चयापचय का एनोक्सिक चरण

ऑक्सीजन मुक्त चरण कोशिकाओं के कोशिका द्रव्य में होता है और एरोबिक जीवों के मामले में, इसमें केवल शामिल होता है ग्लाइकोलाइसिस - ग्लूकोज का एंजाइमेटिक मल्टीस्टेज ऑक्सीकरण और पाइरुविक एसिड में इसका टूटना, जिसे पाइरूवेट भी कहा जाता है।

ग्लूकोज अणु में छह कार्बन परमाणु होते हैं। ग्लाइकोलाइसिस के दौरान, यह पाइरूवेट के दो अणुओं में टूट जाता है, जिसमें तीन कार्बन परमाणु शामिल होते हैं। इस मामले में, हाइड्रोजन परमाणुओं का हिस्सा अलग हो जाता है, जो एनएडी कोएंजाइम में स्थानांतरित हो जाते हैं, जो बदले में, ऑक्सीजन चरण में भाग लेंगे।

ग्लाइकोलाइसिस के दौरान निकलने वाली ऊर्जा का एक हिस्सा एटीपी अणुओं में जमा होता है। ग्लूकोज के प्रति अणु में केवल दो एटीपी अणु संश्लेषित होते हैं।

एनएडी में संग्रहीत पाइरूवेट में शेष ऊर्जा को ऊर्जा चयापचय के अगले चरण में एरोबेस से आगे निकाला जाएगा।

अवायवीय परिस्थितियों में, जब कोशिकीय श्वसन का ऑक्सीजन चरण अनुपस्थित होता है, पाइरूवेट लैक्टिक एसिड में "बेअसर" हो जाता है या किण्वन से गुजरता है। इस मामले में, ऊर्जा संग्रहीत नहीं होती है। इस प्रकार, यहाँ एक उपयोगी ऊर्जा उत्पादन केवल अक्षम ग्लाइकोलाइसिस द्वारा प्रदान किया जाता है।

ऑक्सीजन चरण

माइटोकॉन्ड्रिया में ऑक्सीजन चरण होता है। इसके दो चरण हैं: क्रेब्स चक्र और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण। कोशिकाओं में प्रवेश करने वाली ऑक्सीजन का उपयोग सेकण्ड में ही होता है। क्रेब्स चक्र कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन और उत्सर्जन करता है।

क्रेब्स चक्रमाइटोकॉन्ड्रिया के मैट्रिक्स में होता है, कई एंजाइमों द्वारा किया जाता है। यह पाइरुविक एसिड अणु (या फैटी एसिड, अमीनो एसिड) को स्वयं प्राप्त नहीं करता है, लेकिन एसिटाइल समूह कोएंजाइम-ए की मदद से इससे अलग हो जाता है, जिसमें पूर्व पाइरूवेट के दो कार्बन परमाणु शामिल होते हैं। बहु-चरण क्रेब्स चक्र के दौरान, एसिटाइल समूह दो सीओ 2 अणुओं और हाइड्रोजन परमाणुओं में विभाजित होता है। हाइड्रोजन एनएडी और एफएडी के साथ जोड़ती है। जीडीपी अणु का संश्लेषण भी होता है, जिससे बाद में एटीपी का संश्लेषण होता है।

प्रति ग्लूकोज अणु में दो क्रेब्स चक्र होते हैं जो दो पाइरूवेट पैदा करते हैं। इस प्रकार, दो एटीपी अणु बनते हैं। यदि ऊर्जा चयापचय यहाँ समाप्त हो जाता है, तो ग्लूकोज अणु के कुल टूटने से 4 एटीपी अणु (दो ग्लाइकोलाइसिस से) मिलेंगे।

ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरणक्राइस्ट पर होता है - माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली का बहिर्गमन। यह एंजाइम और कोएंजाइम के एक कन्वेयर द्वारा प्रदान किया जाता है, जो तथाकथित श्वसन श्रृंखला का निर्माण करता है, जो एंजाइम एटीपी सिंथेटेस के साथ समाप्त होता है।

कोएंजाइम एनएडी और एफएडी से श्वसन श्रृंखला के माध्यम से हाइड्रोजन और इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित किया जाता है। स्थानांतरण इस तरह से किया जाता है कि हाइड्रोजन प्रोटॉन आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के बाहरी तरफ जमा हो जाते हैं, और श्रृंखला में अंतिम एंजाइम केवल इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करते हैं।

अंततः, इलेक्ट्रॉनों को झिल्ली के अंदर स्थित ऑक्सीजन अणुओं में स्थानांतरित कर दिया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप वे नकारात्मक रूप से चार्ज हो जाते हैं। विद्युत संभावित प्रवणता का एक महत्वपूर्ण स्तर उत्पन्न होता है, जिससे एटीपी सिंथेटेस के चैनलों के माध्यम से प्रोटॉन की आवाजाही होती है। हाइड्रोजन प्रोटॉन की गति की ऊर्जा का उपयोग एटीपी अणुओं को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है, और प्रोटॉन स्वयं ऑक्सीजन आयनों के साथ मिलकर पानी के अणु बनाते हैं।

एटीपी अणुओं में व्यक्त श्वसन श्रृंखला के कामकाज का ऊर्जा उत्पादन बड़ा है और कुल मिलाकर एक प्रारंभिक ग्लूकोज अणु प्रति 32 से 34 एटीपी अणुओं तक होता है।

यह सामग्री "ऊर्जा भंडारण उपकरणों के प्रकारों का अवलोकन" लेख पर आधारित है, जो पहले http://khd2.narod.ru/gratis/accumul.htm पर प्रकाशित हुआ था, जिसमें अन्य स्रोतों से कई पैराग्राफ शामिल हैं, उदाहरण के लिए, http ://battery-info.en/alternatives.

वैकल्पिक ऊर्जा की मुख्य समस्याओं में से एक अक्षय स्रोतों से इसकी असमान आपूर्ति है। सूरज केवल दिन में चमकता है और बादल रहित मौसम में हवा या तो चलती है या थम जाती है। हाँ, और बिजली की आवश्यकता स्थिर नहीं है, उदाहरण के लिए, यह दिन के दौरान प्रकाश के लिए कम और शाम को अधिक लेती है। और लोग इसे तब पसंद करते हैं जब शहर और गांव रात में रोशनी से भर जाते हैं। ठीक है, या कम से कम सिर्फ सड़कों पर रोशनी है। तो कार्य उत्पन्न होता है - प्राप्त ऊर्जा को कुछ समय के लिए बचाने के लिए इसका उपयोग करने के लिए जब इसकी आवश्यकता अधिकतम होती है, और प्रवाह पर्याप्त नहीं होता है।

संयुक्त राज्य अमेरिका में एचपीपी TaumSauk। अपनी कम शक्ति के बावजूद, यह अपने दिल के आकार के ऊपरी पूल के लिए दुनिया भर में जाना जाता है।

गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा के छोटे पैमाने के हाइड्रोलिक संचायक भी हैं। सबसे पहले, हम एक टावर पर एक कंटेनर में भूमिगत जलाशय (कुएं) से 10 टन पानी पंप करते हैं। फिर गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के तहत टैंक से पानी एक विद्युत जनरेटर के साथ टरबाइन को घुमाते हुए वापस टैंक में प्रवाहित होता है। ऐसी ड्राइव का सेवा जीवन 20 वर्ष या उससे अधिक हो सकता है। लाभ: पवन टरबाइन का उपयोग करते समय, बाद वाला सीधे पानी के पंप को चला सकता है, एक टॉवर पर एक टैंक से पानी का उपयोग अन्य जरूरतों के लिए किया जा सकता है।

दुर्भाग्य से, हाइड्रोलिक सिस्टम को ठोस-राज्य वाले की तुलना में उचित तकनीकी स्थिति में बनाए रखना अधिक कठिन होता है - सबसे पहले, यह टैंकों और पाइपलाइनों की जकड़न और शट-ऑफ और पंपिंग उपकरणों की सेवाक्षमता की चिंता करता है। और एक और महत्वपूर्ण शर्त - ऊर्जा के संचय और उपयोग के समय, कार्यशील द्रव (इसका कम से कम काफी बड़ा हिस्सा) एकत्रीकरण की तरल अवस्था में होना चाहिए, न कि बर्फ या भाप के रूप में। लेकिन कभी-कभी ऐसे संचयकों में अतिरिक्त मुफ्त ऊर्जा प्राप्त करना संभव होता है, उदाहरण के लिए, जब ऊपरी जलाशय को पिघल या बारिश के पानी से भर दिया जाता है।

यांत्रिक ऊर्जा भंडारण

यांत्रिक ऊर्जा व्यक्तिगत निकायों या उनके कणों की परस्पर क्रिया, गति में प्रकट होती है। इसमें शरीर की गति या घूर्णन की गतिज ऊर्जा, झुकने, खींचने, मुड़ने, लोचदार निकायों (स्प्रिंग्स) के संपीड़न के दौरान विरूपण की ऊर्जा शामिल है।

जाइरोस्कोपिक एनर्जी स्टोरेज

उफिम्त्सेव का जाइरोस्कोपिक संचायक।

जाइरोस्कोपिक संचायक में, ऊर्जा तेजी से घूमने वाले चक्का की गतिज ऊर्जा के रूप में संग्रहीत होती है। प्रत्येक किलोग्राम फ्लाईव्हील वजन के लिए संग्रहीत विशिष्ट ऊर्जा एक किलोग्राम स्थिर वजन में संग्रहीत की जा सकती है, यहां तक ​​​​कि इसे एक बड़ी ऊंचाई तक उठाकर, और नवीनतम उच्च तकनीक विकास रासायनिक ऊर्जा की तुलना में संग्रहीत ऊर्जा घनत्व का वादा करता है सबसे कुशल प्रकार के रासायनिक ईंधन का प्रति इकाई द्रव्यमान। चक्का का एक और बड़ा प्लस बहुत बड़ी शक्ति को जल्दी से वापस करने या प्राप्त करने की क्षमता है, जो केवल यांत्रिक ट्रांसमिशन या इलेक्ट्रिक, वायवीय या हाइड्रोलिक ट्रांसमिशन की "क्षमता" के मामले में सामग्री की तन्य शक्ति द्वारा सीमित है।

दुर्भाग्य से, चक्का रोटेशन के विमान के अलावा अन्य विमानों में झटके और घुमाव के प्रति संवेदनशील होते हैं, क्योंकि इससे विशाल जाइरोस्कोपिक भार पैदा होते हैं जो धुरी को मोड़ते हैं। इसके अलावा, चक्का द्वारा संचित ऊर्जा का भंडारण समय अपेक्षाकृत कम होता है, और पारंपरिक डिजाइनों के लिए यह आमतौर पर कुछ सेकंड से लेकर कई घंटों तक होता है। इसके अलावा, घर्षण के कारण ऊर्जा की हानि बहुत अधिक ध्यान देने योग्य हो जाती है ... हालांकि, आधुनिक प्रौद्योगिकियां भंडारण समय को नाटकीय रूप से बढ़ाना संभव बनाती हैं - कई महीनों तक।

अंत में, एक और अप्रिय क्षण - चक्का द्वारा संग्रहीत ऊर्जा सीधे इसकी घूर्णन गति पर निर्भर करती है, इसलिए, जैसे ही ऊर्जा संचित या मुक्त होती है, रोटेशन की गति हर समय बदलती रहती है। इसी समय, लोड को अक्सर एक स्थिर रोटेशन गति की आवश्यकता होती है, प्रति मिनट कई हजार क्रांतियों से अधिक नहीं। इस कारण से, चक्का से बिजली स्थानांतरित करने के लिए विशुद्ध रूप से यांत्रिक प्रणालियां निर्माण के लिए बहुत जटिल हो सकती हैं। कभी-कभी चक्का के समान शाफ्ट पर स्थित एक मोटर-जनरेटर का उपयोग करके या एक कठोर गियरबॉक्स द्वारा उससे जुड़ा हुआ इलेक्ट्रोमैकेनिकल ट्रांसमिशन द्वारा स्थिति को सरल बनाया जा सकता है। लेकिन तब तारों और वाइंडिंग को गर्म करने के लिए ऊर्जा की हानि अपरिहार्य है, जो अच्छे चर में घर्षण और पर्ची के नुकसान की तुलना में बहुत अधिक हो सकती है।

विशेष रूप से आशाजनक तथाकथित सुपरफ्लाईव्हील हैं, जिसमें स्टील टेप, तार या उच्च शक्ति वाले सिंथेटिक फाइबर के कॉइल शामिल हैं। घुमावदार घनी हो सकती है, या इसमें विशेष रूप से खाली जगह छोड़ी जा सकती है। बाद के मामले में, जैसे ही चक्का खुल जाता है, टेप के कुंडल इसके केंद्र से घूर्णन की परिधि में चले जाते हैं, चक्का की जड़ता के क्षण को बदलते हैं, और यदि टेप वसंत है, तो ऊर्जा का हिस्सा ऊर्जा में संग्रहीत करता है वसंत के लोचदार विरूपण के कारण। नतीजतन, ऐसे चक्का में, रोटेशन की गति सीधे संचित ऊर्जा से संबंधित नहीं होती है और सबसे सरल ठोस संरचनाओं की तुलना में बहुत अधिक स्थिर होती है, और उनकी ऊर्जा खपत काफ़ी अधिक होती है। अधिक ऊर्जा तीव्रता के अलावा, वे विभिन्न दुर्घटनाओं की स्थिति में सुरक्षित होते हैं, क्योंकि, एक बड़े अखंड चक्का के टुकड़ों के विपरीत, ऊर्जा और विनाशकारी शक्ति में तोप के गोले के बराबर, एक वसंत के टुकड़ों में बहुत कम "हानिकारक शक्ति" होती है और आमतौर पर काफी मामले की दीवारों के खिलाफ घर्षण के कारण फटने वाले चक्का को प्रभावी ढंग से धीमा कर देता है। इसी कारण से, आधुनिक ठोस चक्का, जिसे भौतिक शक्ति के पुनर्वितरण के करीब मोड में संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, को अक्सर अखंड नहीं बनाया जाता है, लेकिन एक बांधने की मशीन के साथ लगाए गए केबल या फाइबर से बुना जाता है।

रोटेशन के निर्वात कक्ष के साथ आधुनिक डिजाइन और केवलर फाइबर से बने सुपरफ्लाईव्हील के चुंबकीय निलंबन 5 एमजे / किग्रा से अधिक की संग्रहीत ऊर्जा घनत्व प्रदान करते हैं, और वे गतिज ऊर्जा को हफ्तों और महीनों तक संग्रहीत कर सकते हैं। आशावादी अनुमानों के अनुसार, घुमावदार के लिए भारी शुल्क वाले "सुपरकार्बन" फाइबर के उपयोग से रोटेशन की गति और संग्रहीत ऊर्जा के विशिष्ट घनत्व में कई गुना अधिक वृद्धि होगी - 2-3 जीजे / किग्रा तक (वे वादा करते हैं कि एक स्पिन-अप का 100-150 किलोग्राम वजन का ऐसा चक्का एक लाख किलोमीटर या उससे अधिक की दौड़ के लिए पर्याप्त होगा, यानी कार के लगभग पूरे जीवन के लिए!) हालाँकि, इस फाइबर की कीमत भी सोने की कीमत से कई गुना अधिक है, इसलिए अरब शेख भी अभी तक ऐसी मशीनों का खर्च नहीं उठा सकते हैं ... नूरबे गुलिया की पुस्तक में फ्लाईव्हील ड्राइव के बारे में अधिक जानकारी मिल सकती है।

जाइरोरेसोनेंस ऊर्जा भंडारण

ये ड्राइव एक ही चक्का हैं, लेकिन एक लोचदार सामग्री (उदाहरण के लिए, रबर) से बने हैं। नतीजतन, इसमें मौलिक रूप से नए गुण हैं। जैसे-जैसे गति बढ़ती है, इस तरह के चक्का पर "बहिर्वाह" - "पंखुड़ियों" का निर्माण शुरू होता है - पहले यह एक दीर्घवृत्त में बदल जाता है, फिर तीन, चार या अधिक "पंखुड़ियों" के साथ "फूल" में बदल जाता है ... इसके अलावा, गठन के बाद "पंखुड़ियों" की शुरू होती है, चक्का के रोटेशन की गति पहले से ही व्यावहारिक रूप से नहीं बदलती है, और ऊर्जा चक्का सामग्री के लोचदार विरूपण की गुंजयमान लहर में संग्रहीत होती है, जो इन "पंखुड़ियों" का निर्माण करती है।

1970 के दशक के अंत और 1980 के दशक की शुरुआत में, N.Z. Garmash डोनेट्स्क में इस तरह के निर्माण में लगे हुए थे। उनके परिणाम प्रभावशाली हैं - उनके अनुमानों के अनुसार, केवल 7-8 हजार आरपीएम की चक्का संचालन गति के साथ, संग्रहीत ऊर्जा कार के लिए समान आकार के पारंपरिक चक्का के साथ 1,500 किमी बनाम 30 किमी की यात्रा करने के लिए पर्याप्त थी। दुर्भाग्य से, इस प्रकार की ड्राइव के बारे में अधिक हाल की जानकारी अज्ञात है।

लोचदार बलों का उपयोग कर यांत्रिक संचायक

उपकरणों के इस वर्ग में संग्रहित ऊर्जा की एक बहुत बड़ी विशिष्ट क्षमता होती है। यदि छोटे आयामों (कई सेंटीमीटर) का निरीक्षण करना आवश्यक है, तो यांत्रिक भंडारण उपकरणों में इसकी ऊर्जा तीव्रता सबसे अधिक है। यदि वजन और आकार की आवश्यकताएं इतनी कठोर नहीं हैं, तो बड़े अल्ट्रा-हाई-स्पीड फ्लाईव्हील ऊर्जा की खपत के मामले में इससे आगे निकल जाते हैं, लेकिन वे बाहरी कारकों के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं और ऊर्जा भंडारण का समय बहुत कम होता है।

वसंत यांत्रिक संचायक

वसंत का संपीड़न और विस्तार प्रति यूनिट समय में बहुत बड़ी खपत और ऊर्जा की आपूर्ति प्रदान कर सकता है - शायद सभी प्रकार के ऊर्जा भंडारण उपकरणों के बीच उच्चतम यांत्रिक शक्ति। जैसा कि चक्का में होता है, यह केवल सामग्री की तन्यता ताकत द्वारा सीमित होता है, लेकिन स्प्रिंग्स आमतौर पर सीधे काम करने वाले ट्रांसलेशनल मूवमेंट को लागू करते हैं, और फ्लाईव्हील में आप एक जटिल ट्रांसमिशन के बिना नहीं कर सकते हैं (यह कोई संयोग नहीं है कि वायवीय हथियार या तो मैकेनिकल मेनस्प्रिंग्स का उपयोग करते हैं या गैस कनस्तर, जो अनिवार्य रूप से, वे पूर्व-चार्ज वायवीय स्प्रिंग्स हैं; आग्नेयास्त्रों के आगमन से पहले, वसंत हथियारों का उपयोग कुछ दूरी पर युद्ध के लिए भी किया जाता था - धनुष और क्रॉसबो, जो पेशेवर सैनिकों में अपनी गतिज ऊर्जा संचय के साथ गोफन को पूरी तरह से बदल देते थे। नए युग से बहुत पहले)।

एक संपीड़ित वसंत में संचित ऊर्जा का भंडारण जीवन कई वर्षों तक हो सकता है। हालांकि, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि निरंतर विरूपण के प्रभाव में, कोई भी सामग्री समय के साथ थकान जमा करती है, और वसंत धातु की क्रिस्टल जाली धीरे-धीरे बदलती है, और आंतरिक तनाव जितना अधिक होता है और परिवेश का तापमान जितना अधिक होता है, उतनी ही जल्दी और बहुत हद तक ऐसा होगा। इसलिए, कई दशकों के बाद, एक संपीड़ित वसंत, बाहरी रूप से बदले बिना, पूरी तरह या आंशिक रूप से "निर्वहन" हो सकता है। हालांकि, उच्च गुणवत्ता वाले स्टील स्प्रिंग्स, अगर वे अति ताप या हाइपोथर्मिया के अधीन नहीं हैं, तो क्षमता के नुकसान के बिना सदियों तक काम करने में सक्षम हैं। उदाहरण के लिए, एक पूर्ण कारखाने की एक पुरानी यांत्रिक दीवार घड़ी अभी भी दो सप्ताह तक चलती है - ठीक उसी तरह जैसे उसने आधी सदी से भी पहले की थी जब इसे बनाया गया था।

यदि वसंत को धीरे-धीरे "चार्ज" और "डिस्चार्ज" करना आवश्यक है, तो इसे प्रदान करने वाला तंत्र बहुत जटिल और मकर हो सकता है (उसी यांत्रिक घड़ी को देखें - वास्तव में, बहुत सारे गियर और अन्य भाग इस उद्देश्य की पूर्ति करते हैं ) एक इलेक्ट्रोमैकेनिकल ट्रांसमिशन स्थिति को सरल बना सकता है, लेकिन यह आमतौर पर ऐसे उपकरण की तात्कालिक शक्ति पर महत्वपूर्ण प्रतिबंध लगाता है, और कम शक्तियों (कई सौ वाट या उससे कम) के साथ काम करते समय, इसकी दक्षता बहुत कम होती है। एक अलग कार्य न्यूनतम मात्रा में अधिकतम ऊर्जा का संचय है, क्योंकि इस मामले में यांत्रिक तनाव उत्पन्न होते हैं जो उपयोग की जाने वाली सामग्रियों की तन्य शक्ति के करीब होते हैं, जिसके लिए विशेष रूप से सावधानीपूर्वक गणना और त्रुटिहीन कारीगरी की आवश्यकता होती है।

यहां स्प्रिंग्स के बारे में बोलते हुए, न केवल धातु, बल्कि अन्य लोचदार ठोस तत्वों को भी ध्यान में रखना चाहिए। उनमें से सबसे आम रबर बैंड हैं। वैसे, प्रति यूनिट द्रव्यमान में संग्रहीत ऊर्जा के संदर्भ में, रबर स्टील से दस गुना अधिक है, लेकिन यह लगभग समान संख्या में कम कार्य करता है, और स्टील के विपरीत, सक्रिय उपयोग के बिना और आदर्श बाहरी के साथ भी कुछ वर्षों के बाद अपने गुणों को खो देता है। स्थितियां - अपेक्षाकृत तेजी से रासायनिक उम्र बढ़ने और सामग्री के क्षरण के कारण।

गैस यांत्रिक भंडारण

उपकरणों के इस वर्ग में, संपीड़ित गैस की लोच के कारण ऊर्जा संग्रहीत होती है। अधिक ऊर्जा के साथ, कंप्रेसर सिलेंडर में गैस पंप करता है। जब संग्रहीत ऊर्जा का उपयोग करने की आवश्यकता होती है, तो संपीड़ित गैस को टरबाइन को आपूर्ति की जाती है, जो सीधे आवश्यक यांत्रिक कार्य करता है या विद्युत जनरेटर को घुमाता है। टरबाइन के बजाय, आप एक पिस्टन इंजन का उपयोग कर सकते हैं, जो कम शक्ति पर अधिक कुशल है (वैसे, प्रतिवर्ती पिस्टन इंजन-कंप्रेसर भी हैं)।

लगभग हर आधुनिक औद्योगिक कंप्रेसर एक समान बैटरी - रिसीवर से लैस है। सच है, वहां दबाव शायद ही कभी 10 एटीएम से अधिक होता है, और इसलिए ऐसे रिसीवर में ऊर्जा भंडार बहुत बड़ा नहीं होता है, लेकिन यहां तक ​​\u200b\u200bकि यह आमतौर पर स्थापना के संसाधन को बढ़ाने और ऊर्जा बचाने के लिए कई बार अनुमति देता है।

दसियों और सैकड़ों वायुमंडलों के दबाव में संपीड़ित गैस लगभग असीमित समय (महीनों, वर्षों, और रिसीवर और वाल्व की उच्च गुणवत्ता के साथ - दसियों वर्षों के लिए संग्रहीत ऊर्जा का पर्याप्त उच्च विशिष्ट घनत्व प्रदान कर सकती है - यह बिना नहीं है कारण है कि संपीड़ित गैस वाले कारतूसों का उपयोग करने वाले वायवीय हथियार इतने व्यापक हो गए हैं)। हालांकि, इंस्टॉलेशन में शामिल टर्बाइन या पिस्टन इंजन के साथ कंप्रेसर बल्कि जटिल, आकर्षक उपकरण हैं और उनके पास बहुत सीमित संसाधन हैं।

ऊर्जा भंडार बनाने के लिए एक आशाजनक तकनीक ऐसे समय में उपलब्ध ऊर्जा का उपयोग करके हवा को संपीड़ित करना है जब बाद की कोई प्रत्यक्ष आवश्यकता नहीं होती है। संपीड़ित हवा को ठंडा किया जाता है और 60-70 वायुमंडल के दबाव में संग्रहीत किया जाता है। यदि संग्रहीत ऊर्जा का उपयोग करना आवश्यक है, तो हवा को संचायक से निकाला जाता है, गर्म किया जाता है, और फिर एक विशेष गैस टरबाइन में प्रवेश किया जाता है, जहां संपीड़ित और गर्म हवा की ऊर्जा टरबाइन के चरणों को घुमाती है, जिसका शाफ्ट एक विद्युत से जुड़ा होता है। जनरेटर जो बिजली व्यवस्था को बिजली पैदा करता है।

संपीड़ित हवा को स्टोर करने के लिए, उदाहरण के लिए, उपयुक्त खदान कामकाज या नमक चट्टानों में विशेष रूप से बनाए गए भूमिगत टैंकों का उपयोग करने का प्रस्ताव है। अवधारणा नई नहीं है, एक भूमिगत गुफा में संपीड़ित हवा का भंडारण 1948 में वापस पेटेंट कराया गया था, और 290 मेगावाट की क्षमता वाला पहला संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण (CAES) संयंत्र 1978 से जर्मनी में हंटोरफ पावर प्लांट में काम कर रहा है। . वायु संपीडन अवस्था के दौरान, ऊष्मा के रूप में बड़ी मात्रा में ऊर्जा नष्ट हो जाती है। इस खोई हुई ऊर्जा को गैस टरबाइन में विस्तार चरण से पहले संपीड़ित हवा द्वारा मुआवजा दिया जाना चाहिए, और इसके लिए हाइड्रोकार्बन ईंधन का उपयोग किया जाता है, जिससे हवा का तापमान बढ़ जाता है। इसका मतलब है कि इंस्टॉलेशन 100% कुशल से बहुत दूर हैं।

सीएईएस की प्रभावशीलता में सुधार के लिए एक आशाजनक दिशा है। इसमें हवा के संपीड़न और शीतलन के चरण में कंप्रेसर के संचालन के दौरान जारी गर्मी को बनाए रखना और संग्रहीत करना शामिल है, इसके बाद ठंडी हवा के रिवर्स हीटिंग (तथाकथित रिकवरी) के दौरान इसके बाद के पुन: उपयोग के साथ। हालाँकि, CAES के इस संस्करण में महत्वपूर्ण तकनीकी कठिनाइयाँ हैं, विशेष रूप से दीर्घकालिक ताप भंडारण प्रणाली बनाने की दिशा में। यदि इन समस्याओं का समाधान हो जाता है, तो AA-CAES (उन्नत एडियाबेटिक-CAES) बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण प्रणालियों का मार्ग प्रशस्त कर सकता है, एक ऐसा मुद्दा जिसे दुनिया भर के शोधकर्ताओं ने उठाया है।

कनाडाई स्टार्टअप हाइड्रोस्टोर के सदस्य एक और असामान्य समाधान - पानी के नीचे के बुलबुले में ऊर्जा पंप करने के लिए।

तापीय ऊर्जा भंडारण

हमारी जलवायु परिस्थितियों में, खपत की गई ऊर्जा का एक बहुत ही महत्वपूर्ण (अक्सर मुख्य) हिस्सा हीटिंग पर खर्च किया जाता है। इसलिए, भंडारण में सीधे गर्मी जमा करना और फिर इसे वापस प्राप्त करना बहुत सुविधाजनक होगा। दुर्भाग्य से, ज्यादातर मामलों में, संग्रहीत ऊर्जा घनत्व बहुत कम है, और इसके संरक्षण का समय बहुत सीमित है।

ठोस या उपभोज्य ताप भंडारण सामग्री के साथ थर्मल संचायक हैं; तरल; भाप; थर्मोकेमिकल; विद्युत ताप तत्व के साथ। ऊष्मा संचयकों को एक ठोस ईंधन बॉयलर, एक सौर प्रणाली या एक संयुक्त प्रणाली के साथ एक प्रणाली से जोड़ा जा सकता है।

गर्मी क्षमता के कारण ऊर्जा भंडारण

इस प्रकार के संचायकों में कार्यशील द्रव के रूप में कार्य करने वाले पदार्थ की ऊष्मा क्षमता के कारण ऊष्मा संचित होती है। गर्मी संचायक का एक उत्कृष्ट उदाहरण रूसी स्टोव है। उसे दिन में एक बार गर्म किया जाता था और फिर वह दिन में घर को गर्म करती थी। आजकल, एक गर्मी संचायक का अर्थ अक्सर गर्म पानी के भंडारण के लिए कंटेनर होता है, जो उच्च तापीय रोधन गुणों वाली सामग्री के साथ पंक्तिबद्ध होता है।

ठोस ताप वाहकों पर आधारित ताप संचायक भी होते हैं, उदाहरण के लिए, सिरेमिक ईंटों में।

विभिन्न पदार्थों में अलग-अलग ताप क्षमता होती है। अधिकांश के लिए, यह 0.1 से 2 kJ/(kg K) की सीमा में है। पानी की ऊष्मा क्षमता असामान्य रूप से उच्च होती है - तरल अवस्था में इसकी ऊष्मा क्षमता लगभग 4.2 kJ/(kg K) होती है। केवल बहुत ही विदेशी लिथियम में उच्च ताप क्षमता होती है - 4.4 kJ/(kg·K)।

हालांकि, के अलावा विशिष्ट ताप(वजन से) ध्यान में रखा जाना चाहिए और वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता, जो आपको यह निर्धारित करने की अनुमति देता है कि विभिन्न पदार्थों के समान मात्रा के तापमान को समान मात्रा में बदलने के लिए कितनी गर्मी की आवश्यकता होती है। इसकी गणना सामान्य विशिष्ट (द्रव्यमान) ताप क्षमता से संबंधित पदार्थ के विशिष्ट घनत्व से गुणा करके की जाती है। वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता को निर्देशित किया जाना चाहिए जब गर्मी संचयक की मात्रा उसके वजन से अधिक महत्वपूर्ण हो। उदाहरण के लिए, स्टील की विशिष्ट ताप क्षमता केवल 0.46 kJ / (kg K) है, लेकिन घनत्व 7800 kg / m3 है, और, पॉलीप्रोपाइलीन के लिए - 1.9 kJ / (kg K) - 4 गुना से अधिक, लेकिन इसका घनत्व केवल 900 किग्रा/घन घन मीटर है। इसलिए, उसी के साथ आयतनस्टील पॉलीप्रोपाइलीन की तुलना में 2.1 गुना अधिक गर्मी स्टोर करने में सक्षम होगा, हालांकि यह लगभग 9 गुना भारी होगा। हालांकि, पानी की असामान्य रूप से उच्च ताप क्षमता के कारण, कोई भी सामग्री वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता के मामले में इसे पार नहीं कर सकती है। हालांकि, लोहे और उसके मिश्र धातुओं (स्टील, कास्ट आयरन) की वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता 20% से कम पानी से भिन्न होती है - एक घन मीटर में वे तापमान परिवर्तन के प्रत्येक डिग्री के लिए 3.5 एमजे से अधिक गर्मी स्टोर कर सकते हैं, वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता तांबे का थोड़ा कम है - 3.48 एमजे /(घन एम के)। सामान्य परिस्थितियों में हवा की गर्मी क्षमता लगभग 1 kJ / kg, या 1.3 kJ / m3 है, इसलिए एक घन मीटर हवा को 1 ° गर्म करने के लिए, यह 1/3 लीटर से थोड़ा कम ठंडा करने के लिए पर्याप्त है। एक ही डिग्री से पानी (स्वाभाविक रूप से, हवा से गर्म)।

डिवाइस की सादगी के कारण (एक तरल शीतलक के साथ एक ठोस या बंद जलाशय के एक अचल ठोस टुकड़े से आसान क्या हो सकता है?), इस तरह के ऊर्जा भंडारण उपकरणों में लगभग असीमित संख्या में ऊर्जा भंडारण-वापसी चक्र और बहुत लंबा होता है सेवा जीवन - तरल गर्मी वाहक के लिए जब तक तरल सूख नहीं जाता है या जब तक जलाशय जंग या अन्य कारणों से क्षतिग्रस्त नहीं हो जाता है, तब तक ठोस अवस्था के लिए इस तरह के प्रतिबंध नहीं हैं। लेकिन भंडारण का समय बहुत सीमित है और, एक नियम के रूप में, कई घंटों से लेकर कई दिनों तक होता है - लंबी अवधि के लिए, सामान्य थर्मल इन्सुलेशन अब गर्मी को बनाए रखने में सक्षम नहीं है, और संग्रहीत ऊर्जा का विशिष्ट घनत्व कम है।

अंत में, एक और परिस्थिति पर जोर दिया जाना चाहिए - कुशल संचालन के लिए, न केवल गर्मी क्षमता महत्वपूर्ण है, बल्कि गर्मी संचायक के पदार्थ की तापीय चालकता भी है। उच्च तापीय चालकता के साथ, यहां तक ​​​​कि बाहरी परिस्थितियों में काफी तेजी से बदलाव के लिए, गर्मी संचायक अपने पूरे द्रव्यमान के साथ प्रतिक्रिया करेगा, और इसलिए सभी संग्रहीत ऊर्जा के साथ - अर्थात यथासंभव कुशलता से। खराब तापीय चालकता के मामले में, गर्मी संचायक के केवल सतह भाग के पास प्रतिक्रिया करने का समय होगा, और बाहरी परिस्थितियों में अल्पकालिक परिवर्तन के लिए बस गहरी परतों तक पहुंचने का समय नहीं होगा, और इस तरह के पदार्थ का एक महत्वपूर्ण हिस्सा एक गर्मी संचायक को वास्तव में काम से बाहर रखा जाएगा। पॉलीप्रोपाइलीन, जिसका उल्लेख अभी ऊपर चर्चा किए गए उदाहरण में किया गया है, में स्टील की तुलना में लगभग 200 गुना कम तापीय चालकता है, और इसलिए, बड़ी विशिष्ट गर्मी क्षमता के बावजूद, यह एक प्रभावी गर्मी संचायक नहीं हो सकता है। हालांकि, तकनीकी रूप से, गर्मी संचायक के अंदर शीतलक के संचलन के लिए विशेष चैनलों को व्यवस्थित करके समस्या को आसानी से हल किया जाता है, लेकिन यह स्पष्ट है कि ऐसा समाधान डिजाइन को काफी जटिल करता है, इसकी विश्वसनीयता और ऊर्जा की खपत को कम करता है, और निश्चित रूप से आवधिक रखरखाव की आवश्यकता होगी। , जो एक अखंड पदार्थ के लिए आवश्यक होने की संभावना नहीं है।

यह अजीब लग सकता है, कभी-कभी गर्मी नहीं, बल्कि ठंड को जमा और संग्रहीत करना आवश्यक होता है। अमेरिका में कंपनियां एक दशक से अधिक समय से एयर कंडीशनर में स्थापना के लिए बर्फ आधारित "संचयक" की पेशकश कर रही हैं। रात में, जब बिजली की प्रचुरता होती है और इसे कम दरों पर बेचा जाता है, तो एयर कंडीशनर पानी को फ्रीज कर देता है, यानी यह रेफ्रिजरेटर मोड में चला जाता है। दिन के समय यह पंखे का काम करते हुए कई गुना कम ऊर्जा की खपत करता है। इस समय के लिए ऊर्जा का भूखा कंप्रेसर बंद है। अधिक पढ़ें।

पदार्थ की प्रावस्था अवस्था में परिवर्तन के दौरान ऊर्जा का संचय

यदि आप विभिन्न पदार्थों के थर्मल मापदंडों को ध्यान से देखते हैं, तो आप देख सकते हैं कि जब एकत्रीकरण की स्थिति बदलती है (पिघलने-सख्त, वाष्पीकरण-संघनन), ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण अवशोषण या रिलीज होता है। अधिकांश पदार्थों के लिए, इस तरह के परिवर्तनों की तापीय ऊर्जा एक ही पदार्थ की समान मात्रा के तापमान को उन तापमान सीमाओं में कई दसियों या सैकड़ों डिग्री तक बदलने के लिए पर्याप्त होती है, जहां इसकी एकत्रीकरण की स्थिति नहीं बदलती है। लेकिन, जैसा कि आप जानते हैं, जब तक किसी पदार्थ के पूरे आयतन के एकत्रीकरण की स्थिति समान नहीं हो जाती, तब तक उसका तापमान लगभग स्थिर रहता है! इसलिए, एकत्रीकरण की स्थिति को बदलकर ऊर्जा संचय करना बहुत लुभावना होगा - बहुत सारी ऊर्जा जमा होती है, और तापमान में थोड़ा बदलाव होता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च तापमान को गर्म करने से जुड़ी समस्याओं को हल करना आवश्यक नहीं होगा, और साथ ही ऐसे ऊष्मा संचयक की अच्छी क्षमता प्राप्त की जा सकती है।

पिघलने और क्रिस्टलीकरण

दुर्भाग्य से, वर्तमान में, उच्च चरण संक्रमण ऊर्जा वाले अपघटन पदार्थों के लिए व्यावहारिक रूप से कोई सस्ता, सुरक्षित और प्रतिरोधी नहीं है, जिसका गलनांक सबसे अधिक प्रासंगिक सीमा में होगा - लगभग +20°С से +50°С (अधिकतम) तक +70°С - यह अभी भी अपेक्षाकृत सुरक्षित और आसानी से प्राप्य तापमान है)। एक नियम के रूप में, जटिल कार्बनिक यौगिक इस तापमान सीमा में पिघलते हैं, जो किसी भी तरह से स्वास्थ्य के लिए फायदेमंद नहीं होते हैं और अक्सर हवा में जल्दी से ऑक्सीकरण करते हैं।

शायद सबसे उपयुक्त पदार्थ पैराफिन हैं, जिनमें से अधिकांश का गलनांक, विविधता के आधार पर, 40..65 ° C की सीमा में होता है (हालाँकि 27 ° C के गलनांक के साथ "तरल" पैराफिन भी होते हैं या कम, साथ ही पैराफिन से संबंधित प्राकृतिक ओज़ोकेराइट, जिसका गलनांक 58..100 डिग्री सेल्सियस की सीमा में है)। पैराफिन और ओज़ोकेराइट दोनों ही काफी सुरक्षित हैं और शरीर पर घावों को सीधे गर्म करने के लिए चिकित्सा प्रयोजनों के लिए भी उपयोग किए जाते हैं। हालांकि, अच्छी गर्मी क्षमता के साथ, उनकी तापीय चालकता बहुत छोटी होती है - इतना छोटा कि पैराफिन या ओज़ोकेराइट को शरीर पर लगाया जाता है, जिसे 50-60 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है, केवल सुखद गर्म महसूस होता है, लेकिन जलता नहीं है, क्योंकि यह गर्म पानी के साथ होगा। वही तापमान, - दवा के लिए, यह अच्छा है, लेकिन गर्मी संचयक के लिए, यह एक पूर्ण शून्य है। इसके अलावा, ये पदार्थ इतने सस्ते नहीं हैं, उदाहरण के लिए, सितंबर 2009 में ओज़ोकेराइट का थोक मूल्य लगभग 200 रूबल प्रति किलोग्राम था, और एक किलोग्राम पैराफिन की लागत 25 रूबल (तकनीकी) से 50 और अधिक (अत्यधिक शुद्ध भोजन, यानी। खाद्य पैकेजिंग में उपयोग के लिए उपयुक्त)। ये कई टन के बैच के लिए थोक मूल्य हैं, खुदरा कीमतें कम से कम डेढ़ गुना अधिक महंगी हैं।

नतीजतन, एक पैराफिन गर्मी संचयक की आर्थिक दक्षता एक बड़ा सवाल बन जाती है, क्योंकि एक या दो किलोग्राम पैराफिन या ओज़ोकेराइट केवल कुछ दसियों मिनट के लिए एक टूटी हुई पीठ के मेडिकल वार्मिंग के लिए उपयुक्त है, और कम से कम एक दिन के लिए अधिक या कम विशाल आवास का एक स्थिर तापमान सुनिश्चित करें, पैराफिन गर्मी संचायक के द्रव्यमान को टन में मापा जाना चाहिए, ताकि इसकी लागत तुरंत कार की लागत के करीब पहुंच जाए (यद्यपि कम कीमत खंड में)! हां, और चरण संक्रमण का तापमान, आदर्श रूप से, अभी भी आरामदायक सीमा (20..25 डिग्री सेल्सियस) के अनुरूप होना चाहिए - अन्यथा, आपको अभी भी किसी प्रकार की गर्मी विनिमय नियंत्रण प्रणाली को व्यवस्थित करना होगा। फिर भी, 50..54 डिग्री सेल्सियस के क्षेत्र में पिघलने का तापमान, अत्यधिक शुद्ध पैराफिन की विशेषता, चरण संक्रमण की उच्च गर्मी (200 केजे / किग्रा से थोड़ा अधिक) के संयोजन में गर्मी संचायक के लिए बहुत अच्छी तरह से अनुकूल है। गर्म पानी की आपूर्ति और पानी का ताप प्रदान करें, एकमात्र समस्या कम तापीय चालकता और पैराफिन की उच्च कीमत है। लेकिन अप्रत्याशित घटना के मामले में, पैराफिन को अच्छे कैलोरी मान वाले ईंधन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है (हालांकि ऐसा करना इतना आसान नहीं है - गैसोलीन या मिट्टी के तेल के विपरीत, तरल और इससे भी अधिक ठोस पैराफिन हवा में नहीं जलता है, एक बाती या अन्य उपकरण को दहन क्षेत्र में आपूर्ति करने की आवश्यकता होती है, न कि पैराफिन के, बल्कि केवल इसके वाष्पों के लिए)!

पिघलने और क्रिस्टलीकरण के प्रभाव के आधार पर थर्मल एनर्जी स्टोरेज डिवाइस का एक उदाहरण TESS सिलिकॉन-आधारित थर्मल एनर्जी स्टोरेज सिस्टम है, जिसे ऑस्ट्रेलियाई कंपनी लेटेंट हीट स्टोरेज द्वारा विकसित किया गया था।

वाष्पीकरण और संघनन

वाष्पीकरण-संघनन की गर्मी, एक नियम के रूप में, पिघलने-क्रिस्टलीकरण की गर्मी से कई गुना अधिक होती है। और ऐसा लगता है कि सही तापमान सीमा में वाष्पित होने वाले इतने कम पदार्थ नहीं हैं। स्पष्ट रूप से जहरीले कार्बन डाइसल्फ़ाइड, एसीटोन, एथिल ईथर, आदि के अलावा, एथिल अल्कोहल भी है (दुनिया भर में लाखों शराबियों द्वारा व्यक्तिगत उदाहरण से इसकी सापेक्ष सुरक्षा दैनिक साबित होती है!)। सामान्य परिस्थितियों में, अल्कोहल 78°С पर उबलता है, और इसकी वाष्पीकरण की गर्मी पानी (बर्फ) के संलयन की गर्मी से 2.5 गुना अधिक होती है और तरल पानी की समान मात्रा को 200 ° तक गर्म करने के बराबर होती है। हालांकि, पिघलने के विपरीत, जब किसी पदार्थ के आयतन में परिवर्तन शायद ही कभी कुछ प्रतिशत से अधिक होता है, वाष्पीकरण के दौरान, वाष्प उसे प्रदान किए गए पूरे आयतन पर कब्जा कर लेता है। और अगर यह मात्रा असीमित है, तो भाप वाष्पित हो जाएगी, अपरिवर्तनीय रूप से सभी संचित ऊर्जा को अपने साथ ले जाएगी। एक बंद मात्रा में, काम करने वाले तरल पदार्थ के नए भागों के वाष्पीकरण को रोकने के लिए, दबाव तुरंत बढ़ना शुरू हो जाएगा, जैसा कि सबसे साधारण प्रेशर कुकर में होता है, इसलिए काम करने वाले पदार्थ का केवल एक छोटा प्रतिशत राज्य की स्थिति में बदलाव का अनुभव करता है। एकत्रीकरण, जबकि बाकी तरल चरण में होने के कारण गर्म होना जारी है। यहां आविष्कारकों के लिए गतिविधि का एक बड़ा क्षेत्र खुलता है - वाष्पीकरण और संघनन पर आधारित एक कुशल ताप संचयक का निर्माण जो एक भली भांति चर कार्यशील मात्रा के साथ होता है।

दूसरे प्रकार के चरण संक्रमण

एकत्रीकरण की स्थिति में बदलाव से जुड़े चरण संक्रमणों के अलावा, कुछ पदार्थों में एकत्रीकरण की एक ही स्थिति के भीतर कई अलग-अलग चरण हो सकते हैं। इस तरह के चरण राज्यों में परिवर्तन, एक नियम के रूप में, एक ध्यान देने योग्य रिलीज या ऊर्जा के अवशोषण के साथ होता है, हालांकि आमतौर पर किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति में बदलाव की तुलना में बहुत कम महत्वपूर्ण होता है। इसके अलावा, कई मामलों में, इस तरह के परिवर्तनों के साथ, एकत्रीकरण की स्थिति में बदलाव के विपरीत, एक तापमान हिस्टैरिसीस होता है - प्रत्यक्ष और रिवर्स चरण संक्रमण का तापमान काफी भिन्न हो सकता है, कभी-कभी दसियों या सैकड़ों डिग्री तक।

विद्युत ऊर्जा भंडारण

आधुनिक दुनिया में बिजली ऊर्जा का सबसे सुविधाजनक और बहुमुखी रूप है। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि यह विद्युत ऊर्जा भंडारण उपकरण हैं जो सबसे तेजी से विकसित हो रहे हैं। दुर्भाग्य से, ज्यादातर मामलों में, सस्ते उपकरणों की विशिष्ट क्षमता छोटी होती है, और उच्च विशिष्ट क्षमता वाले उपकरण अभी भी बड़े पैमाने पर उपयोग के लिए बड़ी मात्रा में ऊर्जा का भंडारण करने के लिए बहुत महंगे हैं और बहुत ही अल्पकालिक हैं।

संधारित्र

सबसे विशाल "विद्युत" ऊर्जा भंडारण उपकरण पारंपरिक रेडियो कैपेसिटर हैं। उनके पास ऊर्जा संचय और रिलीज की एक विशाल दर है - एक नियम के रूप में, प्रति सेकंड कई हजार से कई अरबों पूर्ण चक्र, और इस तरह से कई वर्षों, या दशकों तक एक विस्तृत तापमान सीमा में काम करने में सक्षम हैं। समानांतर में कई कैपेसिटर को मिलाकर, आप आसानी से उनकी कुल समाई को वांछित मूल्य तक बढ़ा सकते हैं।

कैपेसिटर को दो बड़े वर्गों में विभाजित किया जा सकता है - गैर-ध्रुवीय (आमतौर पर "सूखा", यानी तरल इलेक्ट्रोलाइट युक्त नहीं) और ध्रुवीय (आमतौर पर इलेक्ट्रोलाइटिक)। एक तरल इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग काफी अधिक विशिष्ट समाई प्रदान करता है, लेकिन कनेक्ट करते समय लगभग हमेशा ध्रुवीयता के लिए सम्मान की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर अक्सर बाहरी परिस्थितियों के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं, मुख्य रूप से तापमान के लिए, और कम सेवा जीवन होता है (समय के साथ, इलेक्ट्रोलाइट वाष्पित हो जाता है और सूख जाता है)।

हालांकि, कैपेसिटर के दो प्रमुख नुकसान हैं। सबसे पहले, यह संग्रहीत ऊर्जा का बहुत कम विशिष्ट घनत्व है और इसलिए एक छोटी (अन्य प्रकार के भंडारण उपकरणों के सापेक्ष) क्षमता है। दूसरे, यह एक छोटा भंडारण समय है, जिसकी गणना आमतौर पर मिनटों और सेकंड में की जाती है और शायद ही कभी कई घंटों से अधिक होती है, और कुछ मामलों में एक सेकंड के केवल छोटे अंश होते हैं। नतीजतन, कैपेसिटर का दायरा विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक सर्किटों तक सीमित है और पावर इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में करंट को ठीक करने, सही करने और फ़िल्टर करने के लिए पर्याप्त अल्पकालिक संचय है - अभी भी उनमें से अधिक के लिए पर्याप्त नहीं हैं।

कभी-कभी "सुपरकेपसिटर" के रूप में जाना जाता है, उन्हें इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर्स और इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरी के बीच एक प्रकार के मध्यवर्ती लिंक के रूप में देखा जा सकता है। पूर्व से, उन्हें लगभग असीमित संख्या में चार्ज-डिस्चार्ज चक्र विरासत में मिले, और बाद वाले से, अपेक्षाकृत कम चार्जिंग और डिस्चार्जिंग करंट (एक पूर्ण चार्ज-डिस्चार्ज चक्र एक सेकंड या उससे भी अधिक समय तक चल सकता है)। उनकी क्षमता भी सबसे अधिक क्षमता वाले कैपेसिटर और छोटी बैटरी के बीच की सीमा में है - आमतौर पर ऊर्जा आरक्षित कुछ से लेकर कई सौ जूल तक होती है।

इसके अतिरिक्त, तापमान के लिए आयनिस्टर्स की उच्च संवेदनशीलता और चार्ज के सीमित भंडारण समय पर ध्यान दिया जाना चाहिए - कई घंटों से लेकर कई हफ्तों तक।

विद्युत रासायनिक बैटरी

इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के विकास के भोर में इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरी का आविष्कार किया गया था, और अब वे हर जगह पाई जा सकती हैं - मोबाइल फोन से लेकर हवाई जहाज और जहाजों तक। सामान्यतया, वे कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं के आधार पर काम करते हैं और इसलिए उन्हें हमारे लेख के अगले भाग - "रासायनिक ऊर्जा भंडारण" के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। लेकिन चूंकि इस बिंदु पर आमतौर पर जोर नहीं दिया जाता है, लेकिन इस तथ्य पर ध्यान दिया जाता है कि बैटरी बिजली जमा करती है, हम यहां उन पर विचार करेंगे।

एक नियम के रूप में, यदि पर्याप्त रूप से बड़ी ऊर्जा को स्टोर करना आवश्यक है - कई सौ किलोजूल या अधिक से - लीड-एसिड बैटरी का उपयोग किया जाता है (उदाहरण कोई भी कार है)। हालांकि, उनके पास काफी आयाम हैं और, सबसे महत्वपूर्ण बात, वजन। यदि डिवाइस के हल्के वजन और गतिशीलता की आवश्यकता होती है, तो अधिक आधुनिक प्रकार की बैटरियों का उपयोग किया जाता है - निकल-कैडमियम, धातु-हाइड्राइड, लिथियम-आयन, पॉलीमर-आयन, आदि। उनकी विशिष्ट क्षमता बहुत अधिक होती है, हालांकि, विशिष्ट उनमें ऊर्जा भंडारण की लागत बहुत अधिक होती है, इसलिए उनका उपयोग आमतौर पर अपेक्षाकृत छोटे और लागत प्रभावी उपकरणों जैसे मोबाइल फोन, कैमरा और कैमकोर्डर, लैपटॉप आदि तक सीमित होता है।

हाल ही में, हाइब्रिड कारों और इलेक्ट्रिक वाहनों में शक्तिशाली लिथियम-आयन बैटरी का उपयोग शुरू किया गया है। हल्के वजन और उच्च विशिष्ट क्षमता के अलावा, सीसा-एसिड के विपरीत, वे अपनी नाममात्र क्षमता के लगभग पूर्ण उपयोग की अनुमति देते हैं, अधिक विश्वसनीय माने जाते हैं और लंबे समय तक सेवा जीवन रखते हैं, और एक पूर्ण चक्र में उनकी ऊर्जा दक्षता 90% से अधिक होती है, जबकि क्षमता का अंतिम 20% चार्ज करते समय लीड बैटरी की ऊर्जा दक्षता 50% तक गिर सकती है।

उपयोग के तरीके के अनुसार, इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरी (मुख्य रूप से शक्तिशाली वाले) को भी दो बड़े वर्गों में विभाजित किया जाता है - तथाकथित कर्षण और शुरुआती। आमतौर पर, एक स्टार्टर बैटरी ट्रैक्शन बैटरी के रूप में काफी सफलतापूर्वक काम कर सकती है (मुख्य बात यह है कि डिस्चार्ज की डिग्री को नियंत्रित करना और इसे इतनी गहराई तक नहीं लाना है जो ट्रैक्शन बैटरी के लिए स्वीकार्य हो), लेकिन जब रिवर्स में उपयोग किया जाता है, तो बहुत अधिक लोड करंट ट्रैक्शन बैटरी को बहुत जल्दी निष्क्रिय कर सकता है।

इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरियों के नुकसान में बहुत सीमित संख्या में चार्ज-डिस्चार्ज चक्र शामिल हैं (ज्यादातर मामलों में 250 से 2000 तक, और अगर निर्माताओं की सिफारिशों का पालन नहीं किया जाता है, तो बहुत कम), और यहां तक ​​​​कि सक्रिय उपयोग की अनुपस्थिति में, अधिकांश प्रकार की बैटरी कुछ वर्षों के बाद गिरावट, अपनी उपभोक्ता संपत्तियों को खोना। । इसी समय, कई प्रकार की बैटरियों का सेवा जीवन उनके संचालन की शुरुआत से नहीं, बल्कि निर्माण के क्षण से जाता है। इसके अलावा, इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरियों को तापमान के प्रति संवेदनशीलता, एक लंबा चार्ज समय, कभी-कभी डिस्चार्ज समय से दस गुना अधिक लंबा, और उपयोग पद्धति का पालन करने की आवश्यकता होती है (लीड बैटरी के लिए गहरे निर्वहन से बचना और, इसके विपरीत, एक पूर्ण चार्ज का अवलोकन करना) -धातु हाइड्राइड और कई अन्य प्रकार की बैटरियों के लिए निर्वहन चक्र)। चार्ज स्टोरेज का समय भी काफी सीमित है - आमतौर पर एक हफ्ते से एक साल तक। पुरानी बैटरियों से न केवल क्षमता घटती है, बल्कि भंडारण समय भी कम होता है, और दोनों को कई गुना कम किया जा सकता है।

रासायनिक ऊर्जा भंडारण

रासायनिक ऊर्जा- यह पदार्थों के परमाणुओं में "संग्रहीत" ऊर्जा है, जो पदार्थों के बीच रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान जारी या अवशोषित होती है। रासायनिक ऊर्जा या तो एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाओं (उदाहरण के लिए, ईंधन दहन) के दौरान गर्मी के रूप में जारी की जाती है, या गैल्वेनिक कोशिकाओं और बैटरी में विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। इन ऊर्जा स्रोतों को उच्च दक्षता (98% तक), लेकिन कम क्षमता की विशेषता है।

रासायनिक ऊर्जा भंडारण उपकरण आपको ऊर्जा को उस रूप में प्राप्त करने की अनुमति देते हैं जिससे इसे संग्रहीत किया गया था, और किसी भी अन्य रूप में। "ईंधन" और "गैर-ईंधन" किस्में हैं। कम तापमान वाले थर्मोकेमिकल संचयकों के विपरीत (हम उनके बारे में थोड़ी देर बाद बात करेंगे), जो कि काफी गर्म स्थान पर रखकर ऊर्जा को स्टोर कर सकते हैं, यहां कोई विशेष तकनीकों और उच्च तकनीक वाले उपकरणों के बिना नहीं कर सकता है, कभी-कभी बहुत बोझिल। विशेष रूप से, जबकि कम तापमान थर्मोकेमिकल प्रतिक्रियाओं के मामले में, अभिकारकों का मिश्रण आमतौर पर अलग नहीं होता है और हमेशा एक ही कंटेनर में होता है, उच्च तापमान प्रतिक्रियाओं के लिए अभिकारक एक दूसरे से अलग संग्रहीत होते हैं और केवल तभी संयुक्त होते हैं जब ऊर्जा होती है आवश्यकता है।

ईंधन चलाकर ऊर्जा का संचय

ऊर्जा भंडारण चरण के दौरान, एक रासायनिक प्रतिक्रिया होती है, जिसके परिणामस्वरूप ईंधन कम हो जाता है, उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन को पानी से मुक्त किया जाता है - प्रत्यक्ष इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा, विद्युत रासायनिक कोशिकाओं में उत्प्रेरक का उपयोग करके, या थर्मल अपघटन द्वारा, कहते हैं, द्वारा एक विद्युत चाप या अत्यधिक केंद्रित सूर्य का प्रकाश। "रिलीज़" ऑक्सीडाइज़र को अलग से एकत्र किया जा सकता है (ऑक्सीजन के लिए, यह एक बंद पृथक वस्तु में - पानी के नीचे या अंतरिक्ष में आवश्यक है) या "बाहर फेंक दिया" अनावश्यक के रूप में, क्योंकि ईंधन के उपयोग के समय यह ऑक्सीडाइज़र काफी पर्याप्त होगा पर्यावरण और इसके संगठित भंडारण के लिए जगह और धन बर्बाद करने की कोई आवश्यकता नहीं है।

ऊर्जा निष्कर्षण के चरण में, उत्पादित ईंधन को सीधे वांछित रूप में ऊर्जा की रिहाई के साथ ऑक्सीकरण किया जाता है, भले ही यह ईंधन कैसे प्राप्त किया गया हो। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन तुरंत गर्मी (जब एक बर्नर में जलाया जाता है), यांत्रिक ऊर्जा (जब इसे आंतरिक दहन इंजन या टरबाइन को ईंधन के रूप में खिलाया जाता है), या बिजली (जब ईंधन सेल में ऑक्सीकृत किया जाता है) प्रदान कर सकता है। एक नियम के रूप में, ऐसी ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं के लिए अतिरिक्त दीक्षा (इग्निशन) की आवश्यकता होती है, जो ऊर्जा निष्कर्षण प्रक्रिया को नियंत्रित करने के लिए बहुत सुविधाजनक है।

थर्मोकेमिकल प्रतिक्रियाओं के माध्यम से ऊर्जा भंडारण

रासायनिक प्रतिक्रियाओं का एक बड़ा समूह लंबे समय से और व्यापक रूप से जाना जाता है, जो एक बंद बर्तन में, गर्म होने पर, ऊर्जा के अवशोषण के साथ एक दिशा में जाता है, और जब ठंडा होता है, तो ऊर्जा की रिहाई के साथ विपरीत दिशा में जाता है। ऐसी प्रतिक्रियाओं को अक्सर कहा जाता है थर्मोकेमिकल. ऐसी प्रतिक्रियाओं की ऊर्जा दक्षता, एक नियम के रूप में, किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति में परिवर्तन की तुलना में कम है, लेकिन यह भी बहुत ध्यान देने योग्य है।

इस तरह की थर्मोकेमिकल प्रतिक्रियाओं को अभिकर्मकों के मिश्रण की चरण स्थिति में एक प्रकार का परिवर्तन माना जा सकता है, और यहां समस्याएं लगभग समान हैं - इस तरह से सफलतापूर्वक कार्य करने वाले पदार्थों का एक सस्ता, सुरक्षित और प्रभावी मिश्रण खोजना मुश्किल है। तापमान में +20°C से +70°C तक होता है। हालांकि, एक समान रचना लंबे समय से जानी जाती है - यह ग्लौबर का नमक है।

मिराबिलाइट (उर्फ ग्लौबर का नमक, उर्फ ​​सोडियम सल्फेट ना 2 एसओ 4 10 एच 2 ओ डिकाहाइड्रेट) प्राथमिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप प्राप्त किया जाता है (उदाहरण के लिए, जब सोडियम क्लोराइड को सल्फ्यूरिक एसिड में जोड़ा जाता है) या "तैयार रूप" में खनन किया जाता है। खनिज।

गर्मी संचय के दृष्टिकोण से, मिराबिलिट की सबसे दिलचस्प विशेषता यह है कि जब तापमान 32 डिग्री सेल्सियस से ऊपर बढ़ जाता है, तो बाध्य पानी निकलना शुरू हो जाता है, और बाहरी रूप से यह क्रिस्टल के "पिघलने" जैसा दिखता है जो पानी में घुल जाता है। उनके यहाँ से। जब तापमान 32 डिग्री सेल्सियस तक गिर जाता है, तो मुक्त पानी फिर से क्रिस्टलीय हाइड्रेट संरचना में बंध जाता है - "क्रिस्टलीकरण" होता है। लेकिन सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि इस जलयोजन-निर्जलीकरण प्रतिक्रिया की गर्मी बहुत अधिक है और मात्रा 251 kJ / kg है, जो कि पैराफिन के "ईमानदार" पिघलने-क्रिस्टलीकरण की गर्मी से काफी अधिक है, हालांकि पिघलने वाली बर्फ की गर्मी से एक तिहाई कम है। (पानी)।

इस प्रकार, मिराबिलिट के संतृप्त घोल (32 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर संतृप्त) पर आधारित एक गर्मी संचयक ऊर्जा संचय या वापसी के लंबे संसाधन के साथ 32 डिग्री सेल्सियस पर तापमान को प्रभावी ढंग से बनाए रख सकता है। बेशक, यह तापमान एक पूर्ण गर्म पानी की आपूर्ति के लिए बहुत कम है (इस तरह के तापमान के साथ एक शॉवर को "बहुत ठंडा" माना जाता है), लेकिन यह तापमान हवा को गर्म करने के लिए पर्याप्त हो सकता है।

आप DelaySam.ru वेबसाइट पर चमत्कारी-आधारित ताप संचायक के बारे में अधिक पढ़ सकते हैं।

ईंधन रहित रासायनिक ऊर्जा भंडारण

कॉफी के कैन को लाइम स्लेकिंग द्वारा गर्म किया जाता है।

इस मामले में, "चार्जिंग" चरण में, कुछ रसायनों का निर्माण दूसरों में होता है, और इस प्रक्रिया के दौरान, ऊर्जा का गठन नए रासायनिक बंधों में होता है (उदाहरण के लिए, बुझा हुआ चूना गर्म करके एक क्विकलाइम अवस्था में स्थानांतरित किया जाता है)।

जब "डिस्चार्ज" किया जाता है, तो पहले से संग्रहीत ऊर्जा (आमतौर पर गर्मी के रूप में, कभी-कभी अतिरिक्त रूप से गैस के रूप में जिसे टर्बाइन में खिलाया जा सकता है) की रिहाई के साथ एक रिवर्स प्रतिक्रिया होती है - विशेष रूप से, ठीक यही होता है जब चूने को पानी से "बुझाया" जाता है। ईंधन विधियों के विपरीत, प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए, आमतौर पर केवल अभिकारकों को एक दूसरे से जोड़ने के लिए पर्याप्त होता है - प्रक्रिया की अतिरिक्त शुरुआत (इग्निशन) की आवश्यकता नहीं होती है।

वास्तव में, यह एक प्रकार की थर्मोकेमिकल प्रतिक्रिया है, हालांकि, थर्मल ऊर्जा भंडारण उपकरणों पर विचार करते समय वर्णित कम तापमान प्रतिक्रियाओं के विपरीत और किसी विशेष परिस्थितियों की आवश्यकता नहीं होती है, यहां हम कई सैकड़ों या हजारों डिग्री के तापमान के बारे में बात कर रहे हैं। नतीजतन, प्रत्येक किलोग्राम काम करने वाले पदार्थ में संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा में काफी वृद्धि होती है, लेकिन उपकरण खाली प्लास्टिक की बोतलों या एक साधारण अभिकर्मक टैंक की तुलना में कई गुना अधिक जटिल, भारी और अधिक महंगा होता है।

एक अतिरिक्त पदार्थ का उपभोग करने की आवश्यकता - कहते हैं, चूने को बुझाने के लिए पानी - एक महत्वपूर्ण कमी नहीं है (यदि आवश्यक हो, तो आप चूने के बुझने की स्थिति में निकलने पर छोड़ा गया पानी एकत्र कर सकते हैं)। लेकिन इस बहुत तेज चूने की विशेष भंडारण की स्थिति, जिसका उल्लंघन न केवल रासायनिक जलने से होता है, बल्कि एक विस्फोट के साथ भी होता है, इसे और इसी तरह के तरीकों को उन लोगों की श्रेणी में स्थानांतरित करें जिनके व्यापक जीवन में जाने की संभावना नहीं है।

अन्य प्रकार के ऊर्जा भंडारण

ऊपर वर्णित लोगों के अलावा, अन्य प्रकार के ऊर्जा भंडारण उपकरण भी हैं। हालांकि, वर्तमान में, वे संग्रहीत ऊर्जा के घनत्व और उच्च विशिष्ट लागत पर इसके भंडारण के समय के मामले में बहुत सीमित हैं। इसलिए, जबकि उनका मनोरंजन के लिए अधिक उपयोग किया जाता है, और किसी भी गंभीर उद्देश्य के लिए उनके संचालन पर विचार नहीं किया जाता है। एक उदाहरण फॉस्फोरसेंट पेंट है, जो एक उज्ज्वल प्रकाश स्रोत से ऊर्जा संग्रहीत करता है और फिर कई सेकंड या यहां तक ​​​​कि लंबे मिनटों तक चमकता है। उनके आधुनिक संशोधनों में लंबे समय तक जहरीला फास्फोरस नहीं होता है और बच्चों के खिलौनों में भी उपयोग के लिए काफी सुरक्षित हैं।

चुंबकीय ऊर्जा के अतिचालक भंडारण इसे प्रत्यक्ष धारा के साथ एक बड़े चुंबकीय कुंडल के क्षेत्र में संग्रहीत करते हैं। इसे आवश्यकतानुसार प्रत्यावर्ती विद्युत धारा में परिवर्तित किया जा सकता है। कम तापमान वाले संचायकों को तरल हीलियम द्वारा ठंडा किया जाता है और औद्योगिक संयंत्रों के लिए उपलब्ध हैं। उच्च तापमान वाले तरल हाइड्रोजन-कूल्ड स्टोरेज टैंक अभी भी विकास के अधीन हैं और भविष्य में उपलब्ध हो सकते हैं।

सुपरकंडक्टिंग चुंबकीय ऊर्जा भंडारण उपकरण काफी आकार के होते हैं और आमतौर पर कम समय के लिए उपयोग किए जाते हैं, जैसे स्विचओवर के दौरान।

सबसे अधिक संभावना है, यह लेख ऊर्जा संचय और संरक्षण के सभी संभावित तरीकों को नहीं दर्शाता है। आप अन्य विकल्पों की रिपोर्ट या तो टिप्पणियों में या ईमेल द्वारा kos altenergiya dot ru पर कर सकते हैं।

वायरस को छोड़कर सभी जीवित जीव कोशिकाओं से बने होते हैं। वे पौधे या जानवर के जीवन के लिए आवश्यक सभी प्रक्रियाएं प्रदान करते हैं। कोशिका स्वयं एक अलग जीव हो सकती है। और इतनी जटिल संरचना बिना ऊर्जा के कैसे रह सकती है? बिल्कुल नहीं। तो कोशिकाओं को ऊर्जा की आपूर्ति कैसे होती है? यह उन प्रक्रियाओं पर आधारित है जिनके बारे में हम नीचे चर्चा करेंगे।

कोशिकाओं को ऊर्जा प्रदान करना: यह कैसे होता है?

कुछ कोशिकाएं बाहर से ऊर्जा प्राप्त करती हैं, वे इसे स्वयं उत्पन्न करती हैं। उनके अपने "स्टेशन" हैं। और कोशिका में ऊर्जा का स्रोत माइटोकॉन्ड्रिया है - वह अंग जो इसे पैदा करता है। यह कोशिकीय श्वसन की प्रक्रिया है। इससे कोशिकाओं को ऊर्जा मिलती है। हालांकि, वे केवल पौधों, जानवरों और कवक में मौजूद हैं। जीवाणु कोशिकाओं में माइटोकॉन्ड्रिया अनुपस्थित होते हैं। इसलिए, उनमें ऊर्जा के साथ कोशिकाओं का प्रावधान मुख्य रूप से किण्वन की प्रक्रियाओं के कारण होता है, न कि श्वसन के कारण।

माइटोकॉन्ड्रिया की संरचना

यह एक दो-झिल्ली वाला अंग है जो विकास के दौरान यूकेरियोटिक कोशिका में एक छोटे से अवशोषण के परिणामस्वरूप दिखाई देता है। यह इस तथ्य की व्याख्या कर सकता है कि माइटोकॉन्ड्रिया में अपने स्वयं के डीएनए और आरएनए होते हैं, साथ ही माइटोकॉन्ड्रियल राइबोसोम भी होते हैं जो आवश्यक प्रोटीन का उत्पादन करते हैं अंग।

आंतरिक झिल्ली में क्राइस्टे, या लकीरें नामक बहिर्गमन होते हैं। क्राइस्ट पर कोशिकीय श्वसन की प्रक्रिया होती है।

दो झिल्लियों के अंदर जो होता है उसे मैट्रिक्स कहा जाता है। इसमें प्रोटीन, रासायनिक प्रतिक्रियाओं को तेज करने के लिए आवश्यक एंजाइम, साथ ही आरएनए, डीएनए और राइबोसोम शामिल हैं।

कोशिकीय श्वसन जीवन का आधार है

यह तीन चरणों में होता है। आइए उनमें से प्रत्येक को अधिक विस्तार से देखें।

पहला चरण प्रारंभिक है

इस चरण के दौरान, जटिल कार्बनिक यौगिक सरल यौगिकों में टूट जाते हैं। इस प्रकार, प्रोटीन अमीनो एसिड में टूट जाता है, वसा कार्बोक्जिलिक एसिड और ग्लिसरॉल में, न्यूक्लिक एसिड न्यूक्लियोटाइड में और कार्बोहाइड्रेट ग्लूकोज में।

ग्लाइकोलाइसिस

यह एनोक्सिक अवस्था है। यह इस तथ्य में निहित है कि पहले चरण के दौरान प्राप्त पदार्थ और भी टूट जाते हैं। इस स्तर पर कोशिका द्वारा उपयोग किए जाने वाले ऊर्जा के मुख्य स्रोत ग्लूकोज अणु हैं। उनमें से प्रत्येक ग्लाइकोलाइसिस की प्रक्रिया में पाइरूवेट के दो अणुओं में विघटित हो जाता है। यह लगातार दस रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान होता है। पहले पांच के कारण, ग्लूकोज फॉस्फोराइलेटेड होता है और फिर दो फॉस्फोट्रियोज में विभाजित हो जाता है। निम्नलिखित पाँच अभिक्रियाओं से दो अणु और दो पीवीसी अणु (पाइरुविक अम्ल) बनते हैं। कोशिका की ऊर्जा ATP के रूप में संचित होती है।

ग्लाइकोलाइसिस की पूरी प्रक्रिया को निम्नानुसार सरल बनाया जा सकता है:

2एनएडी + 2एडीपी + 2एच 3 आरओ 4 + सी 6 एच 12 ओ 6 → 2एच 2 ओ + 2ओवर। एच 2 + 2सी 3 एच 4 ओ 3 + 2एटीपी

इस प्रकार, एक ग्लूकोज अणु, दो एडीपी अणु और दो फॉस्फोरिक एसिड का उपयोग करके, कोशिका को दो एटीपी अणु (ऊर्जा) और दो पाइरुविक एसिड अणु प्राप्त होते हैं, जिसका उपयोग वह अगले चरण में करेगा।

तीसरा चरण ऑक्सीकरण है

यह चरण केवल ऑक्सीजन की उपस्थिति में होता है। इस चरण की रासायनिक प्रतिक्रियाएं माइटोकॉन्ड्रिया में होती हैं। यह मुख्य भाग है जिसके दौरान सबसे अधिक ऊर्जा निकलती है। इस स्तर पर, ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करते हुए, यह पानी और कार्बन डाइऑक्साइड में टूट जाता है। इसके अलावा, इस प्रक्रिया में 36 एटीपी अणु बनते हैं। तो, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि कोशिका में ऊर्जा के मुख्य स्रोत ग्लूकोज और पाइरुविक एसिड हैं।

सभी रासायनिक प्रतिक्रियाओं को सारांशित करते हुए और विवरणों को छोड़कर, हम एक सरलीकृत समीकरण के साथ सेलुलर श्वसन की पूरी प्रक्रिया को व्यक्त कर सकते हैं:

6ओ 2 + सी 6 एच 12 ओ 6 + 38एडीपी + 38एच 3 आरओ 4 → 6CO 2 + 6H2O + 38ATP।

इस प्रकार, श्वसन के दौरान, एक ग्लूकोज अणु, छह ऑक्सीजन अणु, अड़तीस एडीपी अणु और फॉस्फोरिक एसिड की समान मात्रा से, कोशिका को 38 एटीपी अणु प्राप्त होते हैं, जिसके रूप में ऊर्जा संग्रहीत होती है।

माइटोकॉन्ड्रियल एंजाइमों की विविधता

श्वसन के माध्यम से कोशिका जीवन के लिए ऊर्जा प्राप्त करती है - ग्लूकोज का ऑक्सीकरण, और फिर पाइरुविक एसिड। ये सभी रासायनिक प्रतिक्रियाएं एंजाइमों - जैविक उत्प्रेरक के बिना नहीं हो सकती थीं। आइए उन लोगों को देखें जो माइटोकॉन्ड्रिया में हैं - सेलुलर श्वसन के लिए जिम्मेदार अंग। उन सभी को ऑक्सीडोरेक्टेस कहा जाता है, क्योंकि रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की घटना को सुनिश्चित करने के लिए उनकी आवश्यकता होती है।

सभी ऑक्सीकारकों को दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है:

• ऑक्सीडेस;
• डिहाइड्रोजनेज;

डिहाइड्रोजनेज, बदले में, एरोबिक और एनारोबिक में विभाजित हैं। एरोबिक खाद्य पदार्थों में कोएंजाइम राइबोफ्लेविन होता है, जो शरीर को विटामिन बी 2 से प्राप्त होता है। एरोबिक डिहाइड्रोजनेज में कोएंजाइम के रूप में एनएडी और एनएडीपी अणु होते हैं।

ऑक्सीडेस अधिक विविध हैं। सबसे पहले, उन्हें दो समूहों में विभाजित किया गया है:

• जिनमें तांबा होता है;
• जिनमें आयरन होता है।

पूर्व में पॉलीफेनोल ऑक्सीडेज, एस्कॉर्बेट ऑक्सीडेज, बाद वाले - कैटेलेज, पेरोक्सीडेज, साइटोक्रोमेस शामिल हैं। उत्तरार्द्ध, बदले में, चार समूहों में विभाजित हैं:

• साइटोक्रोम ए;
• साइटोक्रोमेस बी;
• साइटोक्रोमेस सी;
• साइटोक्रोम डी।

साइटोक्रोम में आयरन फॉर्मिलपोर्फिरिन होता है, साइटोक्रोमेस बी में आयरन प्रोटोपोर्फिरिन होता है, सी में प्रतिस्थापित आयरन मेसोपोर्फिरिन होता है, और डी में आयरन डायहाइड्रोपोर्फिरिन होता है।

क्या ऊर्जा प्राप्त करने के अन्य तरीके हैं?

जबकि अधिकांश कोशिकाएं इसे सेलुलर श्वसन के माध्यम से प्राप्त करती हैं, वहीं एनारोबिक बैक्टीरिया भी होते हैं जिन्हें जीवित रहने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता नहीं होती है। वे किण्वन के माध्यम से आवश्यक ऊर्जा का उत्पादन करते हैं। यह एक ऐसी प्रक्रिया है जिसके दौरान बिना ऑक्सीजन की भागीदारी के एंजाइमों की मदद से कार्बोहाइड्रेट टूट जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कोशिका को ऊर्जा प्राप्त होती है। रासायनिक प्रतिक्रियाओं के अंतिम उत्पाद के आधार पर कई प्रकार के किण्वन होते हैं। यह लैक्टिक एसिड, अल्कोहल, ब्यूटिरिक, एसीटोन-ब्यूटेन, साइट्रिक एसिड हो सकता है।

उदाहरण के लिए, विचार करें कि इसे निम्नानुसार व्यक्त किया जा सकता है:

सी 6 एच 12 ओ 6 → सी 2 एच 5 ओएच + 2सीओ 2

अर्थात्, जीवाणु ग्लूकोज के एक अणु को एथिल अल्कोहल के एक अणु और कार्बन ऑक्साइड के दो अणुओं (IV) में तोड़ देता है।

लैक्टिक एसिड (मांसपेशियों में जमा होने से दर्द हो सकता है) रक्त द्वारा यकृत तक पहुँचाया जाता है, जहाँ यह ग्लूकोनोजेनेसिस के दौरान ग्लूकोज में परिवर्तित हो जाता है।

अल्कोहल किण्वन के दौरान खमीर कोशिकाओं में अल्कोहल बनता है।

एसिटाइल-सीओए - फैटी एसिड, कीटोन बॉडी, कोलेस्ट्रॉल आदि के संश्लेषण के लिए उपयोग किया जाता है या क्रेब्स चक्र में ऑक्सीकृत होता है।

पानी और कार्बन डाइऑक्साइड सामान्य चयापचय में शामिल होते हैं या शरीर से उत्सर्जित होते हैं।

पेंटोस का उपयोग न्यूक्लिक एसिड, ग्लूकोज (ग्लूकोनोजेनेसिस) और अन्य पदार्थों के संश्लेषण के लिए किया जाता है।

NADPH2 फैटी एसिड, प्यूरीन बेस आदि के संश्लेषण में शामिल है। या सीपीई में ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए प्रयोग किया जाता है।

• ऊर्जा को एटीपी के रूप में संग्रहित किया जाता है, जो तब शरीर में पदार्थों के संश्लेषण, गर्मी रिलीज, मांसपेशियों के संकुचन आदि के लिए उपयोग किया जाता है।

शरीर में ग्लूकोज का परिवर्तन एक जटिल प्रक्रिया है जो विभिन्न एंजाइमों की कार्रवाई के तहत होती है। तो ग्लूकोज से लैक्टिक एसिड तक के मार्ग में 11 रासायनिक प्रतिक्रियाएं शामिल हैं, जिनमें से प्रत्येक अपने स्वयं के एंजाइम द्वारा त्वरित होती है।

योजना संख्या 8. एनारोबिक ग्लाइकोलाइसिस।

शर्करा

एडीपी हेक्सोकिनेस, एमजी आयन

ग्लूकोज 6 फॉस्फेट

फॉस्फोग्लुकोआइसोमेरेज़

फ्रुक्टोज 6-फॉस्फेट

एडीपी फॉस्फोफ्रक्टोकिनेस, एमजी आयन

फ्रुक्टोज 1,6-डाइफॉस्फेट

एल्डोलेस

3-फॉस्फोडाइऑक्सासीटोन 3-फॉस्फोग्लिसरॉलिहाइड (3-पीएचए)

एनएडीएच+एच 3-पीएचए डिहाइड्रोजनेज

1,3-डिफोस्फोग्लिसरिक एसिड

एटीपी फॉस्फोग्लाइसेरेट म्यूटेज

2-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड

H2O एनोलेज़

फास्फीनोलपाइरुविक अम्ल

एटीपी पाइरूवेट किनेज, एमजी आयन

पाइरुविक एसिड पीवीसी

एनएडी लैक्टेट डिहाइड्रोजनेज

दुग्धाम्ल।

ग्लाइकोलाइसिस कोशिकाओं के कोशिका द्रव्य में होता है और इसके लिए माइटोकॉन्ड्रियल श्वसन श्रृंखला की आवश्यकता नहीं होती है।

ग्लूकोज सभी अंगों और ऊतकों, विशेष रूप से तंत्रिका तंत्र, एरिथ्रोसाइट्स, गुर्दे और वृषण की कोशिकाओं के लिए ऊर्जा के मुख्य स्रोतों में से एक है।

मस्तिष्क लगभग पूरी तरह से आने वाले ग्लूकोज, टीके द्वारा प्रदान किया जाता है। आईवीएच मस्तिष्क की कोशिकाओं में प्रवेश नहीं करता है। इसलिए, जब रक्त में ग्लूकोज की मात्रा कम हो जाती है, तो मस्तिष्क की कार्यप्रणाली बाधित हो जाती है।

ग्लूकोनोजेनेसिस।

अवायवीय परिस्थितियों में, कंकाल की मांसपेशियों के काम के लिए ग्लूकोज ऊर्जा का एकमात्र स्रोत है। ग्लूकोज से बनने वाला लैक्टिक एसिड तब रक्त में, यकृत में प्रवेश करता है, जहां यह ग्लूकोज में परिवर्तित हो जाता है, जो फिर मांसपेशियों (कोरी चक्र) में वापस आ जाता है।

गैर-कार्बोहाइड्रेट पदार्थों को ग्लूकोज में बदलने की प्रक्रिया कहलाती है ग्लूकोनियोजेनेसिस

ग्लूकोनेोजेनेसिस का जैविक महत्व इस प्रकार है:

शरीर में कार्बोहाइड्रेट की कमी होने पर ग्लूकोज की सांद्रता को पर्याप्त स्तर पर बनाए रखना, उदाहरण के लिए, भुखमरी या मधुमेह के दौरान।

लैक्टिक एसिड, पाइरुविक एसिड, ग्लिसरॉल, ग्लाइकोजेनिक अमीनो एसिड, क्रेब्स चक्र के सबसे मध्यवर्ती चयापचयों से ग्लूकोज का निर्माण।

ग्लूकोनोजेनेसिस मुख्य रूप से यकृत और वृक्क प्रांतस्था में होता है। मांसपेशियों में आवश्यक एंजाइमों की कमी के कारण यह प्रक्रिया आगे नहीं बढ़ पाती है।

ग्लूकोनोजेनेसिस की कुल प्रतिक्रिया:

2PVC + 4ATP + 2GTP + 2NADH + H + 4H2O

ग्लूकोज + 2NAD + 4ADP + 2GDP + 6H3PO4

इस प्रकार, ग्लूकोनेोजेनेसिस की प्रक्रिया में, प्रत्येक ग्लूकोज अणु के लिए 6 मैक्रोर्जिक यौगिकों और 2NADH + H की खपत होती है।

बड़ी मात्रा में शराब का सेवन ग्लूकोनेोजेनेसिस को रोकता है, जिससे मस्तिष्क के कार्य में कमी आ सकती है। ग्लूकोनोजेनेसिस की दर निम्नलिखित स्थितियों में बढ़ सकती है:

उपवास करते समय।

बढ़ाया प्रोटीन पोषण।

भोजन में कार्बोहाइड्रेट की कमी।

मधुमेह।

ग्लूकोज चयापचय का ग्लुकुरोनिक मार्ग।

यह मार्ग मात्रात्मक दृष्टि से महत्वहीन है, लेकिन न्यूट्रलाइजेशन फ़ंक्शन के लिए बहुत महत्वपूर्ण है: ग्लूकोरोनाइड्स के रूप में ग्लुकुरोनिक एसिड (यूडीपी-ग्लुकुरोनिक एसिड) के सक्रिय रूप के लिए बाध्यकारी चयापचय अंत उत्पाद और विदेशी पदार्थ आसानी से शरीर से उत्सर्जित होते हैं। ग्लुकुरोनिक एसिड स्वयं ग्लाइकोसामिनोग्लाइकेन्स का एक आवश्यक घटक है: हयालूरोनिक एसिड, हेपरिन, आदि। मनुष्यों में, ग्लूकोज के टूटने के इस मार्ग के परिणामस्वरूप, यूडीपी-ग्लुकुरोनिक एसिड बनता है।