#碳中和##双碳目标##低碳##碳达峰#
【碳中和:凭“空”制出液态燃料】

“云里铜乌风作籁,天边金掌露成霜。”这句宋诗是对金铜仙人承露盘的生动描述,表明在古代人们就懂得从空气中“捕获”所需成分——水了。

两千多年后的今天,人们依然致力于研究如何有效利用空气。只不过如今的研究大大增加了科技含量,其中的趋势之一是注重空气中碳的转化与利用。例如,微藻生物固碳技术,利用空气中的二氧化碳生产燃料、化学品和食物等;二氧化碳甲烷化技术,通过金属催化,将二氧化碳转化为天然气,实现二氧化碳资源化利用。

今天,让我们关注——

瞄向空气中碳的转化利用

有人可能会问:为什么要重视空气中碳的转化和利用呢?这主要从两点考虑——

首先是从物质上看。作为碳基生命,生物都需要碳,所以很自然地想要把空气里的碳转化为食物。

其次是从能量上看。供能所需的有机物都含有碳,而它们释放能量后会变成二氧化碳散发到空气中。如果把这些二氧化碳再转化为储能物质,就可实现碳中和,即碳的收支相抵,减轻温室效应。

去年,中国科学家在实验室中首次实现从空气中的二氧化碳到淀粉分子的全合成,为应对粮食危机和气候变化提供了一条很有前景的策略。这是受光合作用启发,人类智慧对自然智慧的一种模仿。

无独有偶,近日瑞士苏黎世联邦理工学院的科研团队设计了一套利用阳光和空气直接生产液态烃或甲醇燃料的装置,为吸收和利用二氧化碳提供了又一条光明之路。

据顶级学术期刊《自然》杂志报道,这种装置在日常条件下运行,能在一天7小时的工作时间内生产32毫升甲醇。

众所周知,自然界有一条重要定律,那就是质量守恒。物质在化学反应过程中,原子种类不变,数目不增不减,只是发生重新结合,从一种连接方式转化为另一种连接方式。就像一个班级调换座位后重新划分小组一样,又进行重组,但班里的人没有变。

如果我们想要得到甲醇或其他液态烃类燃料,那么制备它们的原料也应含有同样元素,即碳、氢、氧。空气属于混合物,里面含有氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳以及其他物质。其中二氧化碳约占0.04%,水蒸气和其他杂质约占0.002%。

这就为以空气为原料生产液体燃料提供了可能:经由空气捕获装置收集和纯化,可得到较为纯净的二氧化碳(纯度98%)和水(污染物低于千万分之二)。

接下来的任务,就是把二氧化碳和水转化为燃料。

鉴于直接转化比较困难,一种权宜之计就是先把它们制备成合成气,即氢气和一氧化碳。这是制备许多化工原料的原料气。这套实验装置采用的方法是利用太阳能,驱动二氧化碳和水蒸气与三氧化二铈发生氧化还原反应,二氧化碳和水分别被还原为一氧化碳和氢气,而三氧化二铈被氧化为二氧化铈。氧化产物二氧化铈还可通过吸热,还原为氧气和三氧化二铈,便于再次循环利用。

市面上,三氧化二铈价格大约为1万元/吨,称不上昂贵,且可循环利用。合成气一氧化碳和氢气进入反应设备后,生成目的产物液态烃或甲醇,也就是空气燃料。

说到这里,大家或许会想到,二氧化碳合成淀粉的路线里,也有合成甲醇这一步,但那里用的是氢气还原,而这里用的是三氧化二铈还原。

“质”“量”兼优的能源利用方式

这条以空气为原料制备液态燃料的路线,理论上可行,实际上是否行得通呢?

首先让我们看一下产量。研究人员发现,该装置在正常工作条件下一天运行7小时,通过连续17次氧化还原循环,共获得96.2升的合成气。这些合成气,可在装置中进一步加工成甲醇。

装置测得的合成气单程摩尔转化率为27%,产生的甲醇纯度为65%。

剩余未转化的合成气经过6次循环转化后,最终总摩尔转化率为85%。一天运行7小时后,就得到了上述所提到的纯甲醇32毫升。这个产量的燃烧热和一盏功率为9瓦的日光灯照明15小时消耗的电量相当。

当然,这种设备并非只生产甲醇,通过选择具体的合成工艺,也可定制其他烃类燃料。

研究者认为,如果该项成果投入商业应用,将会创造巨大收益。例如,商业规模的太阳能燃料工厂可使用10个定日镜场,假设每个定日镜场收集100兆瓦的太阳辐射热能,系统总体效率为10%,那么每天就可生产95000升煤油,足够为一架载有325名乘客的空中客车提供从伦敦到纽约往返一趟的燃料。

这样看来,产量算是可观,那么这些燃料的质量如何呢?

我们和常规的航空燃料对比一下:目前生产航空煤油的常规方式是重油加氢裂化,产物中会不可避免地带有含硫化合物、含氮化合物、稠环芳烃、重金属等空气污染物。而通过该太阳能氧化还原装置生产出来的喷气燃料,通过燃烧测试表明,有害物质排放显著减少。相比之下,优势明显。另外,石油属于不可再生能源,而空气可源源不断地获取,从长远来看也更有前景。

在这个太阳能氧化还原装置里,二氧化碳和水在太阳能作用下会转化为液体燃料,而当液体燃料投入使用后又会生成二氧化碳和水。从物质角度考虑,碳排放和消耗相等,所以研究者称其为“碳中和的里程碑”。

从能量角度考虑,在燃料制备过程中,能量大多来自太阳能,而后续燃料燃烧又可根据需要转化为其他形式的能量。因此,这相当于间接利用了清洁能源。

面向未来发掘“清风”潜力

谈到这里,有人可能会质疑:为什么不直接制备氢气做燃料?这样就不再产生二氧化碳了呀!

其主要原因有两个:一是氢气作燃料,虽可减排,但不能吸收大气中已有的二氧化碳;二是限于目前的储氢技术,氢能在交通、家居等场景的普及还不现实。

其实,这项成果对未来最大的意义,并不是提供一个终极的能源生产方式,而是提供一个比较有性价比的固碳乃至碳中和手段,同时有望缓解碳氢燃料短缺且不可再生的危机。

此外,研究者算了一笔账:基于当前太阳能燃料系统的工作性能,空气捕获装置捕获量每年达到10万吨二氧化碳时,大约需要4500平方米的占地面积。假设系统总体效率为10%,那么这样一个太阳能燃料工厂每年将生产约3400万升燃料。相比之下,2019年全球航空煤油消耗量为4140亿升,若要完全满足全球需求,所有太阳能发电厂的总占地面积约为45000平方公里,相当于撒哈拉沙漠面积的0.5%。在人迹罕至的荒漠里,除了“大漠孤烟直,长河落日圆”的胜景之外,还可平添几分科技氛围。

这样看来,太阳能燃料系统原料易得、环境友好、占地面积并不大,似乎很容易推广。而实际上面临着诸多挑战:太阳能热化学燃料的初始投资成本很高,每升常规喷气燃料的成本通常不超过1美元,每升太阳能喷气燃料的成本却到了10美元。所以,其在短期内并不占优。

鉴于此,研究者拿出方案:呼吁政策支持,为第一代商用太阳能燃料发电工厂创造一个短期市场;实现自我提升,通过规模效应和流程优化,降低关键部件的生产成本,从而提升市场竞争力。

从质量守恒的角度来看,碳虽不会消失,但可转化为一种有益的存在形式,不管是淀粉还是燃料。这些转化途径都不是终极方式,也不是非此即彼。碳中和不会就此止步,未来会出现更多脱碳途径,各自发挥不同作用、适用不同条件。

“惟江上之清风,与山间之明月,耳得之而为声,目遇之而成色,取之无禁,用之不竭。是造物者之无尽藏也”。说出此话的北宋文学家苏轼尽管很有洞察力,但他或许想不到清风不仅能为“无米炊”,还能化作“万金油”。的确,到目前为止,我们还不知道二氧化碳究竟蕴藏着多大的转化潜力、存在多少种可能的用途。这一切,均取决于人类的想象力,这正是创新和改变的源泉。

2022年创业新风口,隔空无线充电火热招商中

在这个网络时代,大家是十分关注科技方面创业的,不得不说现在的隔空无线充电具有活跃的市场潜力和商机,那么选择什么品牌好呢?小鲸云隔空无线充电能够提供更便捷的服务和消费渠道,这个品牌收获了大家的肯定,是值得大家肯定的,一起来看看这个品牌的信息。

现阶段国内,共享充电拥有着很好的市场,要知道人们是时刻离不开手机的,日常需求充电的用户是很多的。所以加盟小鲸云电无线充电,基本上是不愁客源的,消费者的需求是摆在这里的。

小鲸云共享手机无线充电的优势还是比较明显的,比如它现在的投放会更加迅速,无线充电,对传统充电来说是一种更新换代,就像市场已经开拓好,只是等待新品加入市场,遇到的阻碍将会少得多,现在消费者对于这种新事物都是非常感兴趣且愿意尝试的。

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来看看这座“港湾式”的肿瘤医院 ——中国科学院大学附属肿瘤医院绍兴院区新建工程
中国科学院大学附属肿瘤医院绍兴院区(以下简称“绍兴院区”)新建工程位于浙江省绍兴市滨海新区,规划床位 2500 张,总建筑面积为 500000㎡,其中地上约 390000㎡,地下约 110000㎡,定位为三级甲等综合性医院。

该工程为一次性规划、分期实施,并预留了未来的发展用地。项目用地分为南北两个地块,其中南区为医疗区(含肿瘤外科楼、肿瘤内科楼、放疗楼、门急诊楼、综合病房楼、医技楼、重离子治疗中心、停车楼、感染楼等)、行政科研区(含科研教学楼、行政综合楼);北区为教学生活区(含国际会议中心、科研中心、教学楼、学生宿舍、专家楼等)。

绍兴院区采用“疗愈港湾,扬帆起航”的设计构思,融入城市意象,把绍兴的历史形象延展成现代医疗的疗愈港湾,形成历史与现代的融合。

图片

建设背景篇

绍兴院区位于绍兴市滨海新区,北邻杭州湾,以新区 430 平方公里面积为圆心,辐射环杭州湾大湾区,为该区域的建设发展提供医疗保障。绍兴院区工程是落实国家及地方卫生健康事业发展规划、完善区域医疗资源配置的具体实践,是从百姓实际需求和利益出发的民生投资。

绍兴院区科学地配置了医院的业务用房和用地规模,为医院的长期发展提供了必要的空间,切实提升了医院的服务水平,吸引了省内外的患者来此就医,为医院创品牌、树形象,扩大影响力打下良好的基础。项目的实施在进一步完善滨海新区公共配套设施的同时,将更多的科研成果、研发机构、高层次人才引入滨海新区,为滨海新区的发展注入活力。

面对滨海新区重大机遇,绍兴院区建设定位为省级三级甲等综合性医院,围绕“大专科,小综合”的发展方向,充分发挥了肿瘤专科特色优势,致力打造成为现代化、国际化一流医院及研究型国家癌症区域医疗中心。

规划设计篇

“疗愈港湾”的设计理念

绍兴已有 2500 多年建城史,是著名的水乡,素有“文物之邦、鱼米之乡”之称。绍兴院区基地周边环绕着景观水系,以水为源泉,提出“疗愈港湾,扬帆起航”的理念。舒展的专科中心就像一艘艘停靠于水岸的生命之舟,把绍兴的历史形象延展成现代医疗的疗愈港湾,形成历史与现代的融合。

一心、两轴、三区的布局

绍兴院区基地周边主要以未开发及待开发的用地为主,远期规划包括商业综合体、休闲娱乐公共服务设施、住宅等,配套设施较为齐全。目前,基地西侧是浙江邮电职业技术学院(滨海校区),西南侧是滨海新区管委会,南侧是绍兴市质量技术监督检测院和滨海新区科创园,商业设施有东森商业广场。外部交通便捷,基地东侧 1.5 公里处为常台高速,北侧 2 公里处规划了杭绍甬智慧高速,地铁站也正在申请规划中。

在总体规划设计上提出“一心、两轴、三区”的布局,以中心绿化轴线和公共医技平台为中心,沿两条南北向空间主轴依次布置各功能区,建筑形体沿弧线发散布置,肿瘤外科楼、肿瘤内科楼、放疗楼、门急诊楼、综合病房楼和科研教学楼等都设置了独立的入口,以环抱的姿态形成大气、包容的城市界面。院区由南往北分别设医疗区、行政科研区和教学生活区。

双主街的空间组织架构

绍兴院区采用双主街的空间组织架构,形成中央共享医技、两翼分布医疗中心的分区模式。双主街将全院整合为一个功能完善的大型网络,体现了最新的医、教、研融合的设计理念。为了让科研与临床更好地结合,方案打破了任务书的限制,把行政科研区的科研教学楼布置于医疗区附近,每个专科病区内也分别设置了科研办公室,既能加强科研与临床的交流,也能尽快使用新的治疗方式让患者受益。

高效便捷的交通组织

绍兴院区的方案设计了简洁、高效的交通流线:南侧设置院区主入口,方便主城区的人流到达;东侧设计综合病房楼、急诊急救中心,急诊、急救分别沿不同的建筑界面展开,出入口独立设置,为急救患者提供绿色生命通道;西侧设计三栋肿瘤专科中心楼,各个中心出入口单独设置,以缓解主入口的人流压力,同时更好地保护患者隐私;中部为行政科研区设置了科研教学楼、行政综合楼;北部地块为教学生活区通过下沉广场和地下通道与南区相连,布置了含国际会议中心、科研中心、教学楼、学生宿舍、专家楼等,与主轴空间遥相呼应。

对于前来就医的人员和医护人员,实施有序分流,从使用者的角度出发,打造了便捷的交通流线。主要患者人流通过南侧主入口人行广场可直达院区。主入口两侧设置了地下车库出入口,地下层设下沉广场用于组织交通,并设置了机场式落客区,提供较长的排队等候空间。各种车辆入院后可直接进入负一层,落客后人流可迅速通过垂直交通到达各楼层,形成人流在上、车流在下的交通体系。北侧入口设置地下车库入口坡道和物流专用坡道,将车辆引入地下车库;在各个出入口附近设置非机动车停车区域,用于组织地面非机动车交通流线,避免了流线迂回交叉的混乱局面,实现了院区外部交通的顺畅、快捷。

医疗区东北角设有停车楼,有 800 多个停车位。水平连廊与医疗主街相连,可作为员工停车场。同时在东侧急诊、急救区域附近以及西北侧行政科研区域附近设置地面停车位,负责组织地面的急救车辆、职工车辆。分区分块的停车区域能够有效分流车流量,缓解高峰时段车辆排队等候问题。在西侧专科中心区域附近设置公共交通接驳站,为周边城市乃至长三角区域的患者提供专车接送服务,为患者就医提供绿色通道。

建筑设计篇

绍兴院区以公共医技平台为中心,往两边设 5栋主楼,分别为 2 栋肿瘤外科楼、1 栋肿瘤内科楼、1 栋放疗楼、1 栋综合病房楼,在主医疗区北侧设置了科研教学楼和行政综合楼,科研教学楼紧邻临床科室,将教学、科研、临床紧密相连、相互支撑、协同发展。

“卫星城”共享系统理念

绍兴院区在医疗功能布局上采用“卫星城”共享系统理念,以公共医技平台为中心的放射状布局是方案设计的核心,将大型医技平台、手术中心平台等设在中心区域,向外辐射急救医疗、专科医疗中心、研究中心、行政教学、健康管理等卫星模块,通过 4 条医疗街将其串联在一起;各单元在公共平台的支持下可以独立运转,单元之间相互关联,体现了医疗流程便捷、科研临床交融、后勤保障稳定的特色。此外“卫星城”的共享模式也有助于分区管控。

“大专科、小综合”的定位

绍兴院区按大专科、小综合的定位进行设计。方案从南侧主入口挑空大厅由南往北延伸出四条医疗主街,中间设置采光庭院,增强交通导向性的同时,也为医护人员和患者提供了轻松的空间氛围。在基地西侧的海华路设置有肿瘤专科中心对外的单独出入口,3 栋肿瘤专科楼可以通过一层共享大厅产生联系,彼此之间的功能既相互联系又相对独立。基地东侧的海滨路设置了单独的急诊、急救入口,急诊、急救用房设在综合病房楼底层,内部配有诊室、医技用房、手术用房及病房,按一个小型医院的功能进行设计,在该区域内可以完成患者的全部急诊诊疗。

医技中心按 2500 床规模一次性设计到位,门诊、挂号收费、药房、检验等功能设置在一至三层;手术中心设在四层,与手术中心密切关联的科室如:中心供应、病理科、输血科、ICU 等科室与手术室相邻设置。病区设置在中心的五层以上,护理单元两端设绿化平台,交通核心筒附近设有患者活动区域。病房的窗户采用折窗形式,为患者争取更大的视野,引入了更多的室外景观,病房南向布置,保证充足的日照采光;将医护工作区域与生活区域分开,为医护人员提供更加舒适的休息区域。

南北向贯穿的内部交通组织

医疗区在水平交通的组织上通过中间的医疗主街连接两侧的功能单元,对人流、物流进行有序分流。同时在医技区和门诊区设置垂直交通系统,分别位于南侧入口大厅和医疗主街的采光庭院设置有扶梯与观光梯;在五个病房主楼内侧的区域设置了竖向交通,使各个分中心的患者可以通过医疗主街到达不同分中心就诊。

病房楼内医护电梯、患者电梯、污物电梯、物资电梯分设,主要交通路线为东西向出口,方便与主街联系;同时病区出口正对护士站,方便病区管理,每个单元末端设有公共休息区,这种复廊式平面使医护办公区域相对独立、自成一区,实现了护理单元平面的洁污分离、医患分道、动静分区,既保护了患者隐私、避免了交叉感染,又便于院方管理。

特色设计篇

肿瘤医院应该为医患及陪护家属等所有使用者提供一个轻松的环境。从肿瘤诊断到治疗的整个过程,通常时间很长,会让患者及其家属感到极大的压力。为此,绍兴院区的设计重点考虑使用者的环境和情绪需求。

休闲功能丰富的商业空间

在院区集中或分散设置商业区、观影厅、书吧等配套休闲娱乐设施,让患者在住院治疗期间感受到正常的生活氛围,从内心燃起对未来生活的希望。

重视多学科诊疗的门诊区

大部分患者采用门诊治疗这一趋势日益明显,最大程度地缩短其前往各部门的行走距离变得至关重要。相比综合医院,门诊区应重点考虑多学科诊疗(MDT),门诊换药区域的面积需求比较大。如条件允许,每个门诊区应提供抽血、发药等服务,以减少患者走动。

花园环绕的治疗区

重离子治疗区、放疗中心、核医学治疗区设在地下一层,为了提供自然采光通风、绿化等舒适性,在该区域中心设置了下沉广场,治疗区围绕中心花园布置,将自然光引入到患者等候区和员工工作室。治疗区自成一区,既能为肿瘤患者提供良好的自然采光条件,又能保护患者隐私。

设有多个人工咨询窗口的共享大厅

绍兴院区的业务面向整个长三角区域,很多肿瘤患者来自省外,相比普通综合医院,需要较多的人工咨询服务窗口,因此,在各个分中心的共享大厅都设置了单独的咨询服务窗口。

足够宽敞的候诊区

肿瘤医院进院、出院、检查、治疗等服务均需要足够大的等候空间。通常肿瘤患者会有 2~3 个家属陪同,一般 1 间诊室应设置 8~10 个候诊座位,以满足患者及家属的需求。

拥有立体绿化体系的住院楼

住院楼屋顶及内部空间都设置了丰富的绿化,将绿地休闲系统由地面搬至空中楼面,室外搬至室内,水平改为垂直,形成一处处小型的绿化景观,更贴近患者,并能调节建筑内部的小气候,有效节约能源。


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