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西北大学
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艾米莉·魏斯

在地平线上的可替代能源

想象一下,完美的电动车:高效节能,无汽油,并通过设备并不比一个打火机更大的动力。

如何可行的是这些奇迹才行?总之,他们不是......至少目前还没有。

温伯格研究人员正在积极寻求跨学科的解决方案,可能很快使汽车和其他的梦想。这些节能的应用成为现实。与倡议可持续发展和能源在西北大学(的Isen)一起,温伯格社会和物理科学家就来一起想办法解决我们日益增长的能源需求,并提高我们现有系统的效率。他们对无论是开发热电,简化太阳能,煤或学习税务,师资共享相同的转化研究中心的目标 - 为后代创造一个更加可持续发展的环境,包括学生温伯格在这种开创性的科学。

热电装置

在温伯格的可持续发展研究的前沿是碳燃料排放的减少,极大兴趣梅尔库丽Kanatzidis面积,查尔斯·。和艾玛小时。化学教授莫里森。 “现在,如果你采取任何车辆,内燃机,它燃烧燃料从A点,你到B点。如果你看到多少这能量的使用,只有卫生组织大约25%到30%,70至75,这意味着%的被浪费,“Kanatzidis解释。

Kanatzidis的实验室,其中包括14名学生目前毕业,重在发展的热电材料转换的热能转化为电能的效率更高。

如今,热电发电机的商业开发是工作与Kanatzidis和能源部恢复一些被浪费的热能,并将其转换从车辆成电能。通过回收汽车的热废气,热电发生器能不能把电的形式失去的热量回到车里的是尽可能多的10%,以一辆车从每加仑30英里每加仑33英里,Kanatzidis说。

热电设备如何工作

热电装置依赖于热电材料,也可作为窄带隙半导体的已知的,成功的用于能量转换。通过的高温合成过程中,重金属的组合:如铅,碲和硒被熔化在一起,以从本质上产生电的导电材料。所得到的材料夹在两个金属表面构成热电装置。

在热和冷的金属表面的温度之间差产生电流可以容易地通过所述热电材料进行。在汽车,许多这些热电装置的可以分组在一起来创建一个发电机,其吸收的废热通常丢失排气。

在一个大的发展,Kanatzidis的研究小组能够创建一个材料散射热能,同时还有效地传导电能,一个关键的一步合成热电材料。这一发现是根据Kanatzidis和团队材料科学与工程,大卫塞德曼,德拉威维纳亚克的教授,和克里斯 - 沃尔弗顿之间的协作。

“这是很难创建材料具有良好的导电性与低热传导率,电导体通常很好,因为同样是良好的热导体,” Kanatzidis说。

“Kanatzidis的方法已经过气的高被引文献,并影响周围世界的努力许多研究小组。它是清除Kanatzidis组的努力,并将继续有,对热电行业的未来强烈冲击,“蒂姆·霍根,在密歇根州立大学电气和计算机工程副教授说。

行业应用

而对于热电发电机汽车应用是最接近大规模商业化,为其他行业发展的可能性十分普遍。使用热电装置可以很容易地在涉及热或热损失过程,例如,一个玻璃制造工厂或煤炼油厂任何设置来施加。热电发生器通过将其流程中,这些植物可能从热转换,他们正在失去成为独立的更多的能量,用电,Kanatzidis说。

也有在断网的偏远地区突出热电装置使用的可能性是。例如,天然气管道从传感器来监测阿拉斯加有自己的地位。因为他们没有用上电,天然气工程师可能燃烧产生热能,然后使用热电发电机电源所有的电子传感器。

NASA还使用热电装置和放射性钚作为热源功率飞船进入深空,风险,因为没有足够的阳光,支持太阳能电池,Kanatzidis说。

太阳能热利用的研究

在西北的科学强度另一个领域是太阳能转换成电车削太阳光的能量的研究。

物理化学的艾米丽维斯,助理教授,致力于优化半导体和高效太阳能转换的纳米结构。更具体地讲,她的研究化学改变纳米结构的表面,使它们更有效重心。

“我们想获得能量转换的机制理解在纳米材料,这样我们可以化学这些设计材料,高效光伏和光催化小区执行,”韦斯​​说。

魏斯在实验室帮助的本科学生有一个独特的机会,WHO对前沿研究有一天能有可持续发展的深远影响工作。安德鲁·豪'13,经济学对科学有兴趣的专业,第一次遇到一门课程叫气候变化和可持续发展,从哲学,地球科学,经济学和社会科学的角度考察的主题所涉及的众多问题。 “[课程]因为它是如此有趣的是跨学科的,我们研究所有一个包裹之下。这些方面的话题。”

在量子点的月份,豪开始研究方面,纳米粒子是哪家半导体材料,从一个研究生指导。在魏斯的实验室也正在为爱阿丽莎'13。 “我研究半导体纳米晶体或生长‘群,’他们吃的被称为”爱说,一个化学专业WHO计划攻读化学研究生学位。 “这些集群是搭积木弥补量子点。通过改变不同的集群条件生长这些,我试图了解集群是如何形成的动力学。在遥远的未来,了解集群和集群如何发展可能允许量子点要在一个更大的,也许规模以上工业增长。

“有潜力在未来使用的材料,如这些能源研究,可以帮助人们在线下,”爱仍在继续。

光伏电池-细胞在太阳能电池板中发现依靠魏斯正在开发类型-的材料。通过细化在太阳能电池板使用的材料,研究人员有可能创建太阳能更好的应用。 “这些设备可以扩大到员工的笔记本电脑,手机,以及可能的功率家用功能,如电力和水加热,提供动力”韦斯的言论。

公共政策

莫妮卡·普拉萨德,社会学副教授和ISEN合作者,社会研究如何建立和规范市场。在最近的工作,她有国内和国际可再生​​能源的审查政策,以了解和确定国家和国家最有效的立法。

特别是,普拉萨德看着的碳税在斯堪的纳维亚国家的财政控制的一种手段的问题。她的研究表明,并非所有的工作同样出色煤炭税收和丹麦目前的煤炭排放税是最有效的。

“一个碳税最大的问题是,人们认为这是免费的收入来源,但你只获得收入,如果污染没有消失。它是不是真的双重红利的情况下,“普拉萨德说。

然而,丹麦政府卫生组织使用碳税产生的收入可以实现两个目的:它提供了两种惩罚和奖励的形式奖励,并使用它的收益来帮助公司降低其碳足迹。

普拉萨德的研究,她提出在科学政策和气候变化的各种全国性会议,导致了讨论关于缩放丹麦的美国模式的可能性。 “一个主要的答复也就是说我们不是丹麦。有很明显不愿意从丹麦学习,“她说。

在看美国数据,普拉萨德说碳税证明是最成功的,她不知道是什么原因。 “增加可再生能源的量不会减少碳排放。这是不够的,只是使用可再生增加能量的,“普拉萨德说。

史蒂芬·普拉萨德和研究生最近发表在杂志题为“碳排放国家级可再生能源发电的政策和减少”的文章蒙克 能源政策。他们专注于国家因为替代能源政策,不像频频陷入僵局常见问题,陷入困境的国家环保政策,有些国家已超越党派纷争,并与一系列的可再生能源计划稳步前进。特别是检查普拉萨德 - 蒙克的文章,其影响从1997年到碳排放这些政策在39个国显著风能潜力的2008年,发现使用的碳税与碳排放大,显著下跌有关。

外表

Kanatzidis的热电研究显示长期承诺,但现在仍处于早期阶段,成为市售条款。 “我们将继续我们的研究是在刀刃上,我们在短短几年内希望我们能够看到一些实际的产品出来,”我说。 “我们的挑战是:我们如何从这里走?我们如何提高效率?我们有什么样的材料,以工作,以提高性能?“

这些问题强调Kanatzidis,韦斯·普拉萨德,和其他教师温伯格的脸,他们的工作对他们的应用研究,以解决紧迫的环境问题的挑战。他们仍然还没有信心,他们的努力,这在工作中的重大的Isen的发挥作用,将产生突破性的结果。解释爱情的,“我们必须让基础研究完成后我们开始寻找应用程序之前。这项工作是满意,但是我们知道在未来因为它将成为一个更大的目标。“

斯蒂索达诺在新闻,媒体和整合营销传播的梅迪尔新闻学院的研究生。

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