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你见过这样的“跨界合作”吗?神奇的微藻吸的是二氧化碳吐的却是燃料

原标题:你见过这样的“跨界合作”吗?神奇的微藻吸的是二氧化碳吐的却是燃料

如何高效节能地通过微生物发酵,让餐厨垃圾等有机废弃物转化为氢气、甲烷等清洁能源;如何低成本的从水中获取氢,进而转成氢燃料电池……随着现代科技的发展,需要我们用更有效的资源去做更多的事情,在前沿科研领域,“跨界合作”已成为趋势。

近日,上游新闻 重庆晨报记者从重庆大学获悉,该校能源与动力工程学院廖强教授牵头的“多相反应流传递与转化调控”科研团队近日成功入选国家自然科学基金创新研究群体。

△廖强教授(右二)牵头的科研团队人员

国家自然科学基金创新研究群体项目设立于2000年,旨在支持优秀中青年科学家为学术带头人和研究骨干,围绕某一重要研究方向合作开展创新研究,培养和造就在国际科学前沿占有一席之地的研究群体,是目前我国学术影响力最大、竞争最为激烈的人才计划类项目。此次是重庆大学时隔6年后再次入选该项目,也是重庆大学第4个入选团队。

神奇的微藻 吸的是二氧化碳吐的是燃料

目前,我国70%的发电量仍然靠燃煤电厂,而煤燃烧排出的废气,尤其是二氧化碳对环境影响日益显著,温室效应就是其中之一。

重庆大学能源与动力工程学院院长廖强教授团队所在的低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室,恒温室里用各种器皿培养的绿色的微藻。记者了解到,这些只有微米级别大小的微藻就像一个细胞工厂,能源源不断地把二氧化碳以及废水中的氮、磷等废弃物质转化为富含油脂、碳水化合物、蛋白质的生物质。

“油脂可以被转换成生物柴油,替代我们现在所依赖的化石燃料。虽然微藻有这么大的潜力,但目前微藻能源转化还存在能耗高等重大瓶颈。”廖强教授介绍,为了降低能耗,他们将多相流传递强化理论应用于高效微藻光生物反应器开发,并充分利用太阳能来代替微藻能源转化过程对电能及其他能量的依赖。

廖强教授团队成员夏奡教授介绍,他们发现在自然中的微生物转化制备燃料的效率偏低,而他们和重庆大学生物工程学院团队的深入合作获得了改良菌株。

他们还将借助多学科交叉的优势开展新型仿生反应器的研究,这一领域他们瞄准了白蚁。

生物工程学院院长蔡开勇表示,白蚁是非常高效的生物系统,对木质纤维素类生物质废弃物降解速率快,通过深入研究白蚁的消化过程机理,解析白蚁消化系统的关键物理结构、复合菌与生物酶的协同关系等,构建新型仿生反应器,以实现生物质废弃物的高效转化制备燃料。目前,通过联合该校生物工程学院团队开展研究,有望在白蚁消化系统代谢路径解析、高效工程菌株构建方面取得突破。

用一枚戒指推动一辆车?跨界合作降低成本

我们都知道,氢燃料电池凭借清洁、高比能量、高能量转换率、运行无噪音等优势,已成为现代工业最理想、潜力最大的新能源技术。而氢燃料电池汽车作为新能源汽车的主要技术路径之一,近年来发展势头迅猛。但目前,使用氢燃料电池的汽车仍存在成本高的问题。

“地球上的氢元素虽然十分丰富,但主要以水的形式存在。”重庆大学化学化工学院院长魏子栋教授介绍,目前,电解水制氢因电费花费高导致其和化石燃料重整制氢相比,没有价格优势。然而,随着廉价可再生能源的普及和电解水催化剂的技术突破,基于可再生能源的电解水制氢,以及氢燃料电池是未来新能源技术的发展方向。

“氢燃料电池同样面临降低成本的挑战。”他举例称,目前,先进的燃料电池仅使用一枚铂金戒指的贵金属,就能推动一辆小轿车,尽管如此,但是铂的储量非常有限。开发高效、低成本、可持续的替换铂等贵金属的燃料电池技术是其商业化的关键。目前,重庆大学化学化工学院与能源与动力工程学院、生物工程学院等专家联合,将多学科、跨领域联合攻关,以实现这一目标。

跨学科交叉 强强联合共同解决科学问题

重庆大学能源与动力工程学院朱恂教授介绍,目前团队中有18位具有交叉学科背景的核心学术骨干。“大家各显神通,在生物质能利用、电化学能源转化等领域深耕钻研。”朱恂介绍,团队每位老师和学生多有自己所擅长的方向和领域,团队跨学科交叉,强强联合,在前沿科学研究的项目上共同解决相关的科学问题。

据了解,“多相反应流传递与转化调控”科研团队依托工程热物理国家重点学科、动力工程及工程热物理一级博士授权点、低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室、化工过程强化与反应国家地方联合工程实验室和生物流变科学与技术教育部重点实验室,共同围绕能源高效清洁转化和利用中多相反应流传递与转化调控的关键热物理基础科学问题和应用技术问题,长期致力于多相流热质传递强化与调控、多相化学反应流传递调控和多相生物转化过程强化等方面的交叉前沿和应用基础研究,在国内外享有盛誉,在国际SCI刊源学术刊物发表论文960多篇。

重庆大学相关负责人表示,“十三五”期间,重庆大学科技创新各项关键数据均实现“倍增”。国家级标志性人才从66人次增至158人次,在国家科技进步一等奖、大科学装置培育、《Nature》《Science》正刊论文等方面也取得历史性突破。

上游新闻·重庆晨报记者 付迪西

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