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新的教员加强并拓宽了麻省理工学院的能源专业知识

Francesca McCaffrey · 2016年12月5日, · Mitei.

Gabriela schlaun - cohen:太阳能可以从光合作用中学到什么

照片:贾斯汀骑士

照片:贾斯汀骑士

与人造电网不同,自然世界
能量收集系统从未经历过停电。加芙Schlau-Cohen她正在努力学习这种制造能源的天赋,以便更好地改变我们的能源系统。

对施劳-科恩来说,这意味着从植物开始。植物是能源的最终使用者。全球光合作用的平均速率是130太瓦——这一水平的能量捕获是全球能源消耗的6倍多。schlaun - cohen说:“树叶吸收整个可见光谱的光,它们基本上把所有的能量输送到一种专门的蛋白质中,在那里产生电能。”植物将阳光转化为电能的能力比典型的太阳能光伏(PV)系统高出两到三倍。

考虑到这一点,schlaun - cohen和她的同事们开始着手解开植物的能量秘密。他们从研究植物的基本物理开始,最终的目标是在人造系统中模仿这些自然特征。通过麻省理工学院激子研究中心, schlaun - cohen和她的团队能够用仿生人工光收集系统的尖端技术进行实验。

施劳-科恩说,她对植物的研究中最重要的收获之一并不是发现了一种单一的植物结构或化学物质,使自然能量处理如此高效。它是由整个系统的运行所代表的经济选择。

“我认为这里的大局是自然已经解决了间歇性问题,”Schlau-Cohen说。可再生能源的主要挑战之一是其两个主要来源风和阳光 - 是间歇性的。可变异性证明了那些试图开发用于从这些来源收获能量的技术的人挑战。Schlau-Cohen提供了建筑太阳能光伏系统的示例。“建立一个系统来处理最大的阳光,大部分时间都会闲置,”Schlau-Cohen说。“但是在最低水平的阳光下建造它是最好的,并且在高阳光情况下大部分光线都是未使用的。”

为了应对这一挑战,植物体内的能量收集途径被设计成一种平衡,一方面要足够耐寒,能在充足的阳光下运行,另一方面又要调节得足够精细,能充分利用低日照条件。增加系统活动的时间也有经济上的优势。自然系统的优化是通过确保它们最昂贵的能源机器一直在使用,以便它们能得到最大的效益。schlaun - cohen说:“通过在其分子机制中实施复杂的反馈回路,该系统对太阳强度的变化做出反应。”这种响应性解决了间歇性问题,同时也确保了需要开发最多能源的电厂结构能够充分发挥其潜力。

基于对植物能量收集途径的新理解,schlaun - cohen和她的团队正在寻找控制不同变量的方法,例如,创造生物量,而不是保护系统免受过多的阳光照射。“如果我们重新布线这些路径来优化生物量,我们可以获得15%的生物量增长,甚至在某些条件下30%,”她说。

当schlaue - cohen在能源知识的前沿处理这些问题时,她在她的研究社区中找到了灵感的来源。当她决定来麻省理工学院时,学生们特别吸引她。她说:“我认为麻省理工学院的学生是精英中的精英,不仅就他们的聪明才智而言,就他们对科学的热情而言也是如此。”“这是我不能拒绝的,因为我觉得他们会让我成为最好的科学家。”学生们并没有失望,他们提供了灵感和乐趣——施劳-科恩自己的可再生能源。

Rafael Jaramillo:使新材料能够激励今天的技术

照片:克劳迪奥Cambon

照片:克劳迪奥Cambon

拉斐尔Jaramillo研究了物理学作为本科生和研究生,但在麻省理工学院,作为博士后,现在作为助理教授 - 他的工作已经让他处于略微不同的方向。他现在正在开发新材料和教材科学与工程。在工程中的职业生涯中,他学到的一个重要课程是如何看到正在超越,经常连接研究领域的科学发现的新途径。

Jaramillo说:“我试图找到科学范围、你在大学的能力和太阳能光伏等能源应用之间的联系。”博士后期间,他与托尼奥Buonassisi他是麻省理工学院(MIT)机械工程教授,也是太阳能光伏(PV)方面的专家。“我真的很感激在托尼奥的团队中得到的真实世界的教育,”哈拉米略说。s.1manbetx.com苹果版“它教会了我如何成为机会主义者——如何定义那些综合了所有这些因素的项目,你可以找到一种方法来提供帮助。”

虽然光伏并不是Jaramillo现在的唯一关注焦点,但他在他的研究和早期的教授生涯中一直拥有这种发现机会的技能。在能源领域,他现在专注于半导体的研究,并将其用作改进能源设备的新材料,从电池、微电子到光伏系统。

Jaramillo知道他对半导体的兴趣是他在基本物理学中训练的偏离。“物理学在某种程度上搬进来,”他说。“自从部门真正教导半导体以来已经几十年了。”这
然而,学习的材料阶级是一种新时代的黎明。在低碳能源竞技场中,科学家们一直在经常尝试,这些材料将改善现有技术的经济性和能源足迹,允许制造业的严重需要的增加随着规模经济的成本降低。

不同的材料将解决从太阳能光伏到计算到可持续全球发展等领域的不同规模挑战,但需要新材料的事实仍然是不变的,Jaramillo说。“我们正在与经过考验的真实材料的局限性相碰撞。这很令人兴奋,因为这意味着你可以潜心思考新的材料。他们都是半导体。”

正如Jaramillo开发新材料的那样,他也在寻求新的方法来激励学生学习科学中最经典(和欺骗性的基本)主题之一:热力学,介绍性课程的主题,他教科课程。“热力学几乎是材料科学的核心,”他说。“它允许您预测如何处理材料并获得所需产品。”但是,这种重要性有时以传统的教学方式丢失。“如图所示的示例,如钢的发明和不锈钢发明,但我倾向于更多地关注微电子和半导体,”他说。“你可以从不仅仅是60,70,80年来的行动中找到了热力学的巨大规范例子,但在过去的10年里,20年和今天。我喜欢伸手去拿。“

根据Jaramillo的说法,这一切都归结为对世界的新方式开放,而应用的科学是一个关键的一部分。“我觉得很多伟大的深层洞察力在历史上都有应用研究,”他说。“爱因斯坦通过查看火车表来提出相对论,并询问您如何将火车到达和欧洲出发地离开时的疑问。在错误的手中听起来很无聊。所以我认为使用灵感的研究,并从多个方向上从有最有价值的方式做科学的方式。“

许大卫:可持续发展的城市规划

照片:Katherine Shozawa

照片:Katherine Shozawa

“气候变化,气候变化,气候变化。”助理教授大卫湖城市研究和规划的专家们毫不犹豫地指出了当今城市规划者所面临的最重大的挑战。城市面临的威胁从海平面上升到极端天气事件。但对于徐克立来说,当务之急是解决气候变化问题本身,方法是让城市及其居民更有效地消耗能源和水资源等资源。

解决特定部门的问题可以在全球范围内影响气候。徐道辉说:“如果只把美国建筑作为一个单一国家,它将是全球第三大碳排放国,仅次于美国其他经济体和中国。”因此,许教授目前的许多项目都涉及到如何使城市和农村的建筑环境更加可持续。他与麻省理工学院和其他地方的研究人员合作开展了一系列广泛的项目,包括嵌入物理系统的智能基础设施、促进可再生能源的监管政策,以及在印度部署试验性微电网。

然而,削减建筑能源使用的最有效方法之一是瞄准那些居住在建筑物的行为。为了了解人类的能源行为以及如何改变它,研究人员需要数据。HSU的新项目之一涉及整合计划,政策和技术,以便能够监控建筑物和网格之间的能量流动。此设置将使大网格稳定 - 普尔和他的研究人员希望能够引起当今公用事业的注意力。他说,该信息还将使研究人员能够映射能量分配和消费,这反过来有助于他们更好地塑造这种消费以最大限度地减少碳排放和能源使用。有时,鼓励人们消耗的最直接方式之一只是与他们分享这样的数据。万博体育平台网页一旦消费者看到他们如何使用能量,他们就可以做出关于他们可以改变的地方的明智决定。

徐峥走的是一条“漫长而曲折的教育之路”,他笑着告诉学生们永远不要复制这条路。s.1manbetx.com苹果版这条道路从物理学的本科和硕士学位发展到城市规划与设计的博士学位。他毕业后的工作范围从绿色建筑工程到房地产金融,最终进入市政府工作。他在城市规划方面的第一份工作是在纽约重建曼哈顿下城,911事件之后。

从那以后,许玉兰先后在费城、西雅图、伦敦等地工作过。这种丰富多样的城市生活经历,使徐先生目前关注的重点是人类与基础设施的互动,以及基础设施适应新出现的气候约束所涉及的挑战。去年春天,他开设了一门名为基础设施理论的课程,比较了人们如何与技术系统互动的其他理论。万博体育平台网页徐老师对这些学生和课程内容都很满意。他说:“我有一群不同的学生,他们真的很喜欢这个话题。”“他们很好奇,很感兴趣,我们进行了激烈的辩论。”

Hsu是MI万博体育存款问题TEI能源教育工作小组的成员,这表明他致力s.1manbetx.com苹果版于培训能源各方面的领导人。但他特别关注的是让未来的城市规划者准备好应对人类与能源的关系——这取决于你住在哪里,这种关系非常不同。“在许多地方,人们从未获得过廉价、万博体育平台网页安全、可靠的电力。可能是三种中的一种或两种,但绝对不会是三种都有。”在徐教授看来,在提供这三种服务的同时,鼓励世界各地的人们建立可持续的生活方式,是当今城万博体育平台网页市规划者面临的最大挑战之一。

Nuno Loureiro:为了寻找一个更完美的聚变反应堆

照片:苏珊年轻

照片:苏珊年轻

努诺·Loureiro他是麻省理工学院核科学与工程的助理教授,对复杂系统的内部运动特别敏感。他在等离子体理论和模型方面的大部分研究都与扰动和磁重联有关,这两种现象会扰乱核聚变反应堆的运行。

对洛雷罗来说,麻省理工学院本身就是一个迷人的系统——自2016年1月加入学院以来,他一直在探索这个系统。他说:“在一个系统能够按你想要的水平做出反应的环境中,这是非常棒的。”“有时很难找到一个机构,你想要的,你自己的研究节奏,与机构本身有完美的共鸣。MIT就是这么做的。麻省理工基本上会对你扔给它的任何东西做出反应。”

他说,吸引洛雷罗从事等离子体物理学的是能量。“如果一个人对当今的世界和社会不了解naïve,他就必须明白,这里有一个能源问题。如果你是一名物理学家,你就有办法尝试解决这个问题。”

具有持续提供温室气体潜力的聚变反应堆
无排放能源,是解决这个问题的一个答案。聚变反应堆从等离子体(一种热的电离气体)有组织的运动中获取能量,等离子体沿着反应堆内的磁带形成的轨道运动,类似于太阳表面的太阳等离子体沿着由太阳磁场决定的路径运动。洛雷罗专门研究等离子体,因为它涉及反应堆物理学和天体物理学,他对这种平行的细节非常了解。有时太阳表面的磁力线会自行重新排列,由此产生的能量释放的“剧烈现象”就是太阳耀斑,Loureiro说。

类似的事情也会发生在核聚变反应堆中。反应堆的等离子体偶尔会自发地重新配置规定的磁场,引发不稳定性,从而可能突然终止实验。此外,聚变反应堆的等离子体往往处于湍流状态。这两种影响都阻碍了反应堆的运行能力。

洛雷罗利用理论计算和超级计算机模型试图找出这些现象的原因,以及在未来的实验中如何避免它们。他说:“当有人提出核聚变反应堆的新概念时,或者当有人在现有的机器上计划新的实验时,你必须考虑的一件事是,其中的等离子体会如何表现?”他的模拟使用了几种理论方法来解决这类问题。他指出,他的模拟不是指导性的,这需要高度的复杂性和现实性。“我的方法是在更基本的层面上,”他表示。“我把非常复杂的现象还原成最简单的系统,试图理解它们,这个系统仍然能捕捉到这些现象的基本物理特性。”

洛雷罗希望继续让更多的学生参与他的研究。在他的实验室和教室里,他已经与物理学本科生和研究生一起工作。他目前正在为核科学与工程的研究生教授一门数值方法课程,以及一门关于等离子体物理和聚变能的本科生介绍性研讨会。“MIT给我印象最深的一件事就是学生们的才华,”洛雷罗说。“万博体育平台网页人们告诉我,‘哦,这些学生太棒了。’但我没想到它们会如此令人惊叹。”

他对其他研究人员也有同样的尊敬。他表示:“与来自完全不同领域、在各自领域处于世界领先地位的人在同一所学校上课,这是一件鼓舞人心的万博体育平台网页事情。”“这是麻省理工学院的独特之处,我发现它具有难以置信的激励作用。”

他也受到了充满活力的环境的启发等离子体科学与聚变中心(PSFC)。他表示:“我觉得,目前PSFC正在探索核聚变领域一些最有趣的想法。”“能成为这种兴奋感的活跃部分真是太好了。”


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