贝克曼研究人员追求能源地球快照

根据贝克曼高级科学技术研究所的新 DROPLETS 项目，好东西来自微观包装。

通过以小于标准的用量包装电化学反应，跨学科研究人员的目标是生产清洁的氢气、封存二氧化碳，并以廉价且可持续的方式储存风能和太阳能等可再生能源。他们的项目名为“DROPLETS”，通过“能源地球快照计划”从科学办公室获得了 450 万美元。

项目负责人、诺伊大学厄巴纳-香槟分校化学教授、贝克曼高级科学研究所研究员华金·罗德里格斯·洛佩斯 ( Joaquín Rodríguez-López)表示：“如果我们做得正确，我们将为清洁能源的未来奠定基础。” 和技术。“清洁能源未来的基础是电化学。”

罗德里格斯-洛佩斯着迷于化学和电力之间的协同作用，他已经利用电化学来 捕获大气中的二氧化碳、 回收塑料并 设计电池来存储可再生能源。

现在，他正在能源地球计划(Energy Earthshots Initiative)中开展他的电气化科学工作，这是的一项计划，旨在到 2050 年消除净碳排放，并在未来十年让更多人能够使用和获得可再生能源。该倡议支持解决特定清洁能源挑战领域的项目，称为 Earthshots。

9 月下旬， 宣布 向 29 个项目拨款 2. 亿美元：像罗德里格斯·洛佩斯这样的 18 个大学团队通过能源地球行动科学基金会资助机会公告获得了总计 6,910 万美元的资金，11 个能源地球行动研究中心牵头国家实验室总共获得了 1.95 亿美元。

长 Jennifer M 表示：“能源地球研究研究中心以及在全国各地大学校园开展的相关工作将有助于开发我们建立 100% 清洁电网和应对气候变化所需的清洁能源和脱碳解决方案。” . 格兰霍姆在 新闻稿中。

Rodríguez-López 的提案获得了 450 万美元，与专注于扩大清洁氢市场的三个 Earthshot(Hydrogen Shot)相交叉;实现低成本、长期的能量存储(Long-Duration Storage Shot);支持捕获十亿吨二氧化碳，这一单位相当于 1.82 亿家庭每年的用电量(负碳排放)。

罗德里格斯-洛佩斯认为，后者尤其棘手，因为它是不可见的——我们的眼睛不像城市景观周围的雾云或古老森林中滚滚的囱那样容易看到二氧化碳的积累。

“但它就在那里，”他说。“这是一个问题。”

罗德里格斯-洛佩斯提出的解决方案同样是肉眼看不见的。

该项目重新设想了用于推进清洁能源的电化学反应(例如，分解水产生氢气)。通常，此类反应在一个烧杯中慢慢进行，并依赖于电化学反应器及其笨拙的硬件。

“你有电缆、电极、反应堆本身——整个系统会占用物理空间，而且在经济上也会受到限制。在许多情况下，电化学反应器可能会受到限制。我想突破这些限制，将电化学带到反应器之外，”罗德里格斯-洛佩斯说。

对于罗德里格斯-洛佩斯来说，在反应堆之外思考意味着分散反应。

他对经典的单烧杯装置的重复包括在微小的水基液滴中同时运行多个反应——就像分散的小酒馆家具一样，巧妙地替代了单个餐桌。

“微滴正是你所想象的，”他说，“非常非常小的溶液滴，你需要显微镜才能看到。”

虽然需要眯着眼睛才能看到它们的动作，但微小的水滴以轻盈的脚步弥补了它们的矮小身材。就像在烤箱中将七层蛋糕换成一张纸杯蛋糕一样，基于微滴的反应被发现比散装反应的烹饪(或催化)速度更快。

但与烘焙食品不同的是，微滴的化学成分并不完全模仿其较大的化学成分。这就是它的(字面上的)力量：研究人员假设液滴的微观尺寸将明显改变内部发生的电化学反应的物理和化学性质。

每项属性——便携性、可负担性、速度、电气化——都让微滴能够进行化学反应，有助于产生清洁的氢气、储存能量和捕获二氧化碳——这是贯穿该项目能源地球目标所有三个目标的带电箭头。

实现多个能源地球快照对于研究团队来说非常重要，该研究团队由来自诺伊大学香槟分校 (UIUC) 三个系和五个机构的十几名研究人员组成。

“这不仅在于思想的数量，还在于他们带来的专业知识，”罗德里格斯-洛佩斯说。“清洁能源研究并不存在于真空中，我希望跨学科成分从一开始就存在于团队的 DNA 中——因为跨学科方法会带来多样化的应用。”

事实上，DROPLETS 的实际应用是多种多样的。例如，清洁氢可用于制造 燃料电池，为汽车和公共汽车(以及根据的说法，为 重型卡车)提供动力，同时只产生热量和水。基于电力的液流电池可能有助于以廉价的方式存储风能和太阳能，超越一次暴风雨或周六阳光明媚的范围。罗德里格斯-洛佩斯说，碳捕获技术不仅可以从大气中提取污染物，还可以通过将其折叠成碳基化合物来“充分利用它”。

“这是一个有风险的项目，但回报将是巨大的，”他说。“我们有非常聪明的研究人员、非常聪明的学生和非常聪明的博士后，这意味着我们有一个机会——地球计划。”

的旗舰短语是“moonshot”一词的朴素派生词，概括了“DROPLETS”的精神：探索性、富有想象力、全面研究并扎根于不太遥远的应用。

“探索新的反应，创造新的途径，”罗德里格斯-洛佩斯说。“对于化学家来说，还有什么更好的项目呢?”

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