解决温室气体



图像是无处不在:一个沿海城市的另一种强大的飓风锐减,呈现出萎缩的极地冰帽的卫星图片,死鱼漂温暖水域的表面上的一所学校,土地大片利用out-of-控制的野火烧毁。这些可怕的描写都有一个共同的话题 - 他们提供切实的证据表明,气候变化正在影响全球的每一个角落。

森林作为发光火燃烧出来的普拉特峡谷中学后面的派克国家森林山山坡上的控制,因为它的工作方式是通过松树以上公路285贝利附近的小镇,​​科罗拉多州。照片由Getty Images

根据NASA,地球表面温度已工业革命以来的黎明上升0.9℃。研究人员认为,在气温上升有一个主罪魁祸首:增加温室气体排放。

温室气体如二氧化碳,一氧化二氮,甲烷和所有陷阱热我们大气 - 使它们直接负责气候变化。我们大气中这些气体的发生自19世纪后期呈指数级增长,由于生长在化石燃料在整个能源,制造,交通等行业使用。

从气候变化专门委员会(IPCC)联合国政府间,10月8日发布的报告显示,2019警告说,如果地球温度升高超过1.5℃,其影响将是灾难性的。整个生态系统可能会丢失,海平面将更高,极端天气事件将变得更加普遍。根据IPCC,避免这种情况下“将需要迅速,深远,在社会的各个方面前所未有的变化,”包括二氧化碳的45%下降(CO2)到2030年的水平。

跨澳门太阳城官网(备用网站)的研究正在研究的减少跨越各行业的温室气体排放的技术万千。许多教师都在寻找可持续能源。副教授托尼奥buonassisi和他的团队在光伏研究实验室希望能够充分利用太阳的能量,同时教授亚历山大·斯洛克姆已使海上风力涡轮机更加高效和经济可行性进行了研究。

除了探索不需要化石燃料能源的可持续形式,在机械工程的澳门太阳城官网(备用网站)的部门一些教员正在转向存储,采集,转换,并最大限度地减少使用完全不同的方法温室气体排放的技术。 

改善与陶瓷储能

对于像聚光太阳能发电(CSP)的可再生能源技术,使感经济,存储是至关重要的。因为太阳并不总是闪闪发光,需要太阳能以某种方式储存以备后用。但CSP发电厂目前正在通过其钢铁基于基础设施的限制。

“提高能源存储是指为尽量减少对温室气体排放的最大技术障碍的一个关键问题,”解释asegun亨利,诺伊斯职业发展教授,机械工程副教授。

在传热方面的专家,亨利已经转向的可能性不大类的材料,以帮助提高蓄热效率:陶瓷。

目前,CSP植物通过在它们可以存储热导致的温度的限制。从太阳能热能当前存储在液体盐。因为它们通过将得到腐蚀流动钢管该液体盐不能超过565℃的温度。

“出现了一个无处不在的假设,如果你要与流动的液体地去打造什么,管道和泵必须出金属的,”亨利说。 “我们基本上是质疑的假设。”

亨利和他的团队,它最近从佐治亚理工学院的移动,已经开发出一种陶瓷泵,让液体流到在高得多的温度。一月2017年,他进入吉尼斯世界纪录的“最高工作温度下液体泵”。泵能够循环1200℃和1400℃之间熔化的锡。

副教授asegun亨利正在研究如何使用热金属如熔融锡以从浓缩的太阳能发电系统储存热量,因此它可以根据需要使用以产生电力。信用:抢觉得,佐治亚理工学院

“泵现在给我们做出了CSP厂全瓷的基础设施,使我们能够流和控制液态金属的能力,补充说:”亨利。

而不是使用液体盐,CSP植物现在可以储存能量的金属,像熔融锡,具有较高温度范围内,并且不会腐蚀仔细选择的陶瓷。这开辟了能量存储和生成新的途径。 “我们正试图调高温度太热了,我们把热退成电能的能力让我们的选择,”亨利说。

一种这样的选择,将电力存储为白色发光的热的热那样的灯泡灯丝的。创建一个完全自由的温室气体能量存储系统 - 该热量可以然后通过使用光电转换白色辉光变成电能。  

“如果管是温度限制,并且具有短的寿命该系统不能工作”,增加了亨利。 “这就是我们进来,我们现在有一个可以让事情在疯狂的高温下工作的材料。”

亨利的破纪录泵的减少温室气体排放的能力超越了改变太阳能发电厂的基础设施。他也希望用泵来改变氢气生产方式。

氢,这是用来做肥料,通过与水反应的甲烷,从而产生共同创建2。亨利正在研究一种全新的生产氢的方法将涉及加热锡足够热以直接拆分甲烷和创建氢,而不会引入其他化学物质或使共2。而不是发出合作2,固体碳颗粒将形成并浮在液体的表面上。这种固体碳是有可能再为一些或用途进行销售。

转换污染物进入有价值的材料

捕获温室气体并将它们转化为有用的东西是betar献殷勤,机械工程助理教授共同追求的目标。

助理教授betar献殷勤信用:约翰freidah

巴黎协议,其目的是在全球范围内减少温室气体排放,称与会各国需要考虑 一切 温室气体,即使是那些在小批量发射。这些包括诸如六氟化硫和三氟化氮氟化气体。许多这些气体在半导体制造和冶金工艺如镁生产中使用。

氟化气体有多达23000次合作的全球变暖潜能2 并在数千年的寿命。 “一旦我们发出这些氟化气体,它们几乎是坚不可摧的,说:”献殷勤。

对这些气体没有现行法规,他们的释放可能对我们遏制全球变暖的能力,持久的影响。巴黎协定的批准后,英勇看到机会用她的背景在电化学捕获并转换这些有害污染物的窗口。

“我期待在机制和反应激活和转化有害污染物进入是良性可储存材料或一些可以回收和危害较小的方式使用,”她解释说。

她的第一个目标:氟化气体。使用电压和化学沿电流,她和她的团队调查了访问一个新的反应空间。英勇创建基于这些氟化气体和锂之间的反应两个系统。其结果是,可以在电池中使用的固体阴极。

“我们确定了每个这两个氟化气体的一个反应,但我们将继续就这一工作要弄清楚这些反应是如何可以修改,以处理工业规模的捕捉和大量的材料,”她补充道。

英勇最近使用了类似的方法用于捕获和转换共2 排放到碳阴极。

“我们的核心问题是:我们能找到一种方式来获得更多价值的合作2 通过将其转换为能量储存装置吗?”她说。

在最近的研究中,英勇的第一处理的共2 在液体胺溶液中。这促使创建一个新的含离子液体相,其中偶然也可以使用作为电解质的反应。然后电解液被用于沿着组装电池与锂金属和碳。通过排放电解液,所​​述共2 而以大约三伏特递送的功率输出可以被转化成固体碳酸盐。

作为电池连续地放电,它“吃掉”所有的合作2 不断将其转换成可被存储,删除,或甚至带电回液体电解质用于作为可充电电池的固体碳酸盐。这个过程具有减少温室气体排放,并通过创建一个新的可用的产品增加的经济价值的潜力。

通过助理教授betar献殷勤开发这个采集和转换装置使用该转换有害气体进入更加良性的材料的电化学电池。信用:约翰freidah

为英勇下一步正在这些反应的理解和实际设计,可以在工业上用于捕获和转换温室气体的系统。

“在这一领域的工程师们知道如何设计更高效的设备无论是捕捉那或将温室气体排放量,他们得到释放到环境之前,”她补充道。 “一开始我们先建立化学和电化学技术,但我们真的期待下摆动较大规模和参观了解这些反应工程转换为实际的设备。”

关闭碳循环

设计系统捕获合作2 并将其转换回事情已经过去15多年来一直在艾哈迈德ghoniem的研究驱动力是有用的。 “我已经花了我的整个职业生涯,在能源和电力生产对环境的影响,说:” ghoniem,罗纳德℃。机械工程起重机教授。

教授艾哈迈德ghoniem,左,会见在能源和推进研究/气体动力学实验室反应中心博士后的Georgios dimitrakopoulos。信用:约翰freidah

在20世纪80年代和90年代,在这个领域工作的研究人员最迫切的问题是创建一个最小化的标准污染物,例如氮氧化物的排放技术。这些污染物产生的臭氧,尤其是物质,和烟雾。 ghoniem工作新的燃烧系统是显著减少这些污染物的排放。

因为21的转ST 世纪,他的重心从标准污染物,其成功遏制转移,合作2 排放。最快的解决办法是停止使用化石燃料。但ghoniem能源生产的80%,全球化石燃料来承认,这不是一个选项:“最大的问题还真是,我们如何继续使用化石燃料而不释放如此多的合作2 在环境?”

在最近几年,他一直在工作方法捕获合作2 从电厂的地下储存,以及最近回收了一些捕获的合作2 成有用的产品,如燃料和化学品。最终目标是有效地开发系统,其和经济除去共2 来自化石燃料燃烧而产生动力。

“我的想法是要收碳循环,所以你可以转换合作电力生产回燃料和化学品的过程中发出的,”他解释说。太阳能等无碳能量源将动力的再利用过程中,使得它与没有净排放的闭环系统。

在第一步骤中,ghoniem的系统分离空气中的氧,因此燃料可以以纯的氧气燃烧 - 被称为氧燃烧的过程。这样做时,该厂发出纯合2 可以捕获用于储存或再使用。要做到这一点,ghoniem说,“我们已经开发了陶瓷膜,化学循环反应器和催化剂技术,使得我们能够高效地做到这一点。”

从教授艾哈迈德ghoniem的实验室这个实验室规模的反应器被设计来测试陶瓷膜用于多种应用,包括氧燃烧碳捕获。信用:约翰freidah

使用的热替代来源,如太阳能,将反应器温度升高到略低于1000℃的以驱动氧的分离。膜ghoniem的研究小组正在开发允许纯氧通过。该氧的来源是在氧燃烧应用的空气。当回收合作2 来代替空气,该过程减少了同2 到CO,可以被用作燃料,或创建新的烃燃料或化学品,如乙醇,其是混合的汽油为燃料的汽车。 ghoniem的研究小组还发现,如果水(H2O)用于代替空气,它被还原成氢,另一个清洁燃料。

对于ghoniem的团队,下一步是扩大他们已经从一些成功在实验室开发的膜反应器,以东西可以在工业上使用。

制造业,人的行为,而“重新绑定”效应

制造业经济:虽然asegun亨利,betar献殷勤,艾哈迈德ghoniem,和其他一些澳门太阳城官网(备用网站)的研究正在开发的获取和使用技术,以减少温室气体的排放,教授蒂莫西gutowski从完全不同的角度接近气候变化。

梯gutowski理解制造。他对行业和制造业的学术方面都努力,是澳门太阳城官网(备用网站)的实验室进行生产和生产力的了十年的主任,目前领导的对环境无害的制造研究小组在澳门太阳城官网(备用网站)。他的主要研究重点是评估生产对环境的影响。

教授蒂莫西gutowski(中心)是由朱莉·纽曼(左),可持续发展的澳门太阳城官网(备用网站)的主任,研究生朱利安·巴伯(右)在面板讨论类2.s999加入,解决了在澳门太阳城官网(备用网站)碳中和。信用:可持续发展的澳门太阳城官网(备用网站)办公室

“如果你分析全球制造业,你看到的材料制作是全局比使得产品在能源使用和发射总碳而言更大,说:” gutowski。

随着经济的发展,需要对材料的增加,进一步促进温室气体排放。通过处置,以评估从物质生产的产品的碳足迹,工程师们不断向生命周期评估(LCA)。这些LCAS建议如何提高效率,减少对环境的影响。但是,根据gutowski,办法很多工程师需要评估产品的生命周期是有缺陷的。

“许多LCAS忽略真正的人类行为,并以更高的效率相关的经济学”,声称gutowski。

例如,导致灯泡保存相比白炽灯泡能量和金钱的巨大的量。而不是用这些储蓄,以节约能源,许多使用这些储蓄的理由,以增加他们使用的灯泡数量。特别是体育场馆利用的led灯泡提供给包裹在LED显示屏整场的成本节约。在经济学中,这种现象被称为“反弹效应”。

“当你提高工作效率,工程师可以想像,该装置将在完全相同的方式和以前一样使用,资源将被保守的,”解释gutowski。但这种提高效率往往导致产量增加。

的反弹效应的另一实例可在飞机中找到。采用复合材料建造飞机,而不是使用更重的铝可以使飞机更轻,从而节省燃料。而不是利用这种潜在的节省了燃油经济性,以尽量减少对环境的影响,但是,公司有许多其他的选择。他们可以用这个势重储蓄等功能添加到飞机上。这些可能包括,增加座位数,增加娱乐设备,或携带更多的燃料,以增加旅途的长度。最终,有例为复合材料飞机的重量竟然比原来的铝制飞机多。

“企业往往不认为‘我要节省燃料,’他们想,他们可以经济利用效率提高的方式,补充说:” gutowski。

gutowski跨学科和领域的工作,以更好地了解的工程师如何可以通过采取经济和人类行为考虑提高生命周期评估。

“我们的目标是落实政策,使工程师可以继续在提高效率,但这些改进实际上导致利于社会和减少温室气体排放,”他解释说。

“全球性问题”

的方法来应对气候变化的多样性是反射问题的大小。没有一种技术是要充当用于最小化温室气体排放和保持低于由未列出的关键1.5℃全球气温上升阈值是万能的。

“记住,全球变暖是一个全球性的问题,说:” ghoniem。 “没有一个国家可以单独解决这个问题,我们必须一起做。”

在九月2019年,联合国气候变化峰会将召集和挑战,世界各地的国家抛出他们的政治和经济影响力的背后解决气候变化问题。规模较小,澳门太阳城官网(备用网站)正在尽自己的,以尽量减少对环境的影响。

去年春天,蒂姆gutowski和朱莉·纽曼,在澳门太阳城官网(备用网站)可持续发展总监,合资格教一个2.s999新的类,解决了在澳门太阳城官网(备用网站)碳中和。学生团队提出了MIT如何实现碳中和真实的场景。 “学生们做的寻找方法MIT可以保持我们的碳下来实际工作中,”回忆gutowski。

无论是一队学生2.s999类或即将到来的联合国气候变化峰会上,设法减少温室气体排放和遏制气候变化是全球的责任。 “除非我们都同意进行这项工作,投入资源来开发和规模的解决方案,并共同实现这些解决方案,我们将不得不忍受的消极后果,补充说:” ghoniem。