本周，我们需要你们系好安全带，因为我们将带你们进入燃料的未来。我们在问生物燃料是否真的那么出色，并找出一个实验室是如何试图重新发明柴油的。此外，新的研究可以帮助疏通动脉，并在单个原子的规模上运行数据存储解决方案。
在这一集里
疏通心脏病
斯坦福大学Nicholas Leeper教授
心脏病和中风是世界范围内导致死亡的主要原因。他们发生
当血管被称为动脉粥样硬化的脂肪沉积物堵塞时，其中也含有死亡或“凋亡”的细胞碎片，身体似乎很难将其清除。现在，斯坦福大学的科学家尼克·利珀(Nick Leeper)认为他知道其中的原因，他向克里斯·史密斯(Chris Smith)解释道，他可能已经找到了解决这个问题的核心。
尼克:我们的身体每天会产生多达1000亿个细胞。这是一个被称为efferocytosis的过程，efferocytosis在希腊语中是“将死者带入坟墓”的意思，它本质上指的是一个垂死细胞被巨噬细胞等吞噬细胞识别并清除的过程。这很有趣，因为这个过程是非常高效的，实际上，如果你仔细观察整个身体，几乎不可能在健康组织中找到任何死亡或凋亡细胞的证据。
唯一的例外是在患病的血管中这些细胞和其他坏死碎片堆积得非常多。以前，我们不太明白为什么这些细胞会堆积起来，而不是被巨噬细胞和其他细胞清除，而巨噬细胞和其他细胞似乎在清除人体其他部位的细胞方面非常有效。
Chris -所以如果你环顾一下身体，你会发现身体每天都在更新，清除死细胞，生成新细胞，没有留下任何残骸的证据。但由于某种原因，它不能在血管壁上被完全清除这就是导致血管逐渐变窄的原因，因此，最终导致血管堵塞?
尼克:完全正确。在此之前，我们的实验室已经决定研究心血管疾病的顶级GWAS位点(GWAS代表全基因组关联研究)。这项工作是由人类基因组计划实现的，研究人员可以第一次在整个基因组中寻找染色体上与心脏病发作和中风风险相关的热点。我们发现心血管疾病的顶端遗传位点与一种新的途径有关。天生具有遗传变异的人似乎减少了所谓的“吃我”配体的表达，这是一种在垂死细胞表面表达的分子，使其可食用，并吸引巨噬细胞等吞噬细胞。我们开始怀疑这是否是动脉粥样硬化病变中碎片堆积的驱动因素。
克里斯-如果这是真的，为什么他们身体其他部位的细胞仍然被有效地清除，如果它们不那么容易消化的话?
尼克:这是个好问题。研究人员早就知道，存在一种叫做tnf - α的炎症分子，它似乎会积聚，并导致病变血管斑块的生长。在目前的研究中，我们发现tnf - α似乎驱动了“不要吃我”分子的表达。这种分子使细胞无法食用，所以我们认为在患有壮年斑块的病人中，局部炎症促使这种抗吞噬分子的表达使细胞无法食用，无法被清除。
克里斯-你的意思是血管，当它们受到疾病伤害时，会释放炎症化学物质，包括这种化学物质tnf - α，然后在积聚的细胞中打开“不要吃我”的信号，所以它们没有被清除，这导致细胞和细胞碎片在动脉壁上的进展和积累，使它们变窄?
尼克:完全正确。现在我们知道，这个tnf -促进了这个“不要吃我”的信号，这似乎使细胞不可食用。这几乎就像为这些细胞提供了一种隐形装置，这样当它们死亡时，它们是隐形的，无法被清除。
克里斯-如果你拿那些注定会动脉堵塞的动物，在这些动物身上阻断这些信号，它们的动脉堵塞水平会降低吗?
尼克:没错。我们发现，当我们用抗体阻断“不要吃我”的信号来治疗那些胆固醇非常高且容易发生动脉粥样硬化的老鼠时，我们发现心血管疾病有了很大的改善。
克里斯:那么你认为如果你用这种方式干预一个已经患有心脏病的人，你可能能够通过化学方法疏通动脉吗?
尼克:这就是我们的目标!显然，我们在老鼠身上的发现是初步的，需要在人体研究中得到证实，但我们的结果推断表明，当我们阻断“不要吃我”信号时，我们将能够抑制动脉粥样硬化的进展，甚至可能通过缩小坏死的核心来融化斑块。
超小型数据存储解决方案
与代尔夫特理工大学的Sander Otte博士合作
从看电影到点餐，我们的世界越来越被数字世界所掌控，
这种行为上的改变导致了数据的大量增加，而这些数据必须被存储起来。我们在之前的节目中提到过，大数据意味着装满硬盘、能源供应和保持冷却所需的空调的大仓库。
但现在，荷兰代尔夫特理工大学的研究人员提出了一种新方法，可以以数千倍的密度存储数据……通过使用单个原子。克莱尔·阿姆斯特朗采访了桑德·奥特，听听他是如何……
Sander:我们所能做的基本上是制造一个硬盘，你可以像在普通硬盘上一样以0和1的形式存储数据，除了这里的字节都是由一个原子编码的。每个字节只有一个原子，然后原子的位置告诉你这个字节是0还是1。你可以把它比作算盘。一个老式的计算器，你可以移动珠子…
克莱尔-是的。
桑德-这里你在移动原子。这就是你要做的，这就是我们存储数据的方式。
克莱尔-哦，好的。这是一个很好的类比，算盘。你到底是怎么做的——你用的是哪种原子?
桑德:我们在铜表面使用氯原子，这实际上是这里的重大发现。我们发现这些氯原子在铜晶体表面上，表面非常平坦，也形成了一个非常光滑的规则原子网格。然后在这个原子网格中，我们放上的氯原子太少了，结果，有一些原子丢失了，所以表面上有洞。然后它看起来就像一个滑动的拼图，缺了一块，你可以把一块滑向一个洞，这就是你移动东西的方式。
克莱尔-好的，哇!所以你真的在原子水平上控制了一切?
桑德:是的。
克莱尔-你怎么移动一个原子?
桑德:所以我们用所谓的隧道显微镜(STM)来做这项工作。这种技术早在20世纪80年代就出现了。它由一根非常锋利的针组成，它可以扫描表面，看起来有点像电唱机，这根针非常锋利，它可以感觉到表面上的单个原子。所以它逐行扫描表面，然后如果你把所有这些高度轮廓放在一起，你就能得到原子的位置。一旦图片完成，您就可以将STM带回到您想要移动的原子上，然后使用相同的针来移动它。有几种不同的技术可以做到这一点，所以你可以用原子来拖拽它们，或者在某些情况下，你甚至可以拿起原子然后放下它们。,但在这个研究中,我们发现我们只是需要降低技巧,因此,我们在原子注入电流基本上,我们想要移动和微安的电流的顺序,听起来像一个非常小的数字,但它是一个巨大的电流单原子,并在本地导致原子热一点,给它足够的能量使跳转到邻近的空地方然后去。
克莱尔:好的，通过使用这个非常锋利的针和电流，你可以推动原子，通过将它们推到不同的位置，这意味着你存储了不同类型的数据。你对这个新硬盘的读写速度有多快?
桑德-对。现在我们来看看这整个成就的不太好的消息，读写速度仍然很慢。实际上，我们并没有优化到最快的读或写速度，所以为了读一个千字节，我们需要一个小时，为了重写它，我们需要三个小时。所以当我们把它和我们通常硬盘上的速度相比时，这几乎是荒谬的。
然而，这些原子的动力学是超快的。所以，原则上，没有限制为什么它不能加速到每秒1兆字节就像我们在硬盘上看到的那样。然而，我确实认识到，这里有相当多的技术障碍要克服，所以我们肯定需要很长时间才能实现这一目标。
在我看来，数据存储只是一个例子。这展示了我们的能力，但我认为这里有一个更深刻的信息，那就是，我们已经能够以一种以前不可能的规模操纵世界。所以我们人类现在已经能够在单个原子的尺度上建造东西，如果你想想看，这最终将使我们甚至能够修补材料的工作原理和材料的性质如果我们真的可以自己选择原子的位置，我们可以在原子尺度上建造各种各样的电路。
我不知道未来会有什么可能性，但我确信它会比数据存储酷得多。从这个意义上说，数据存储只是一个蹩脚的例子，由于缺乏想象力，这是我们能展示的最好的东西，但还会有更多。
谣言:NASA发明了特氟龙和魔术贴
Kat Arney博士，裸体科学家金宝搏app最新下载
在本周的Mythconception节目中，Kat加入了太空竞赛来寻找
真理……
随着英国宇航员蒂姆·皮克回归地球生活，他可能会使用一些他在任务中熟悉的物体和材料，这些物体和材料是美国宇航局为他们的太空任务发明的。也许他正在用尼龙搭扣系好运动鞋去跑步，或者用特氟龙涂层的不粘锅煎早餐。好吧，不管他在做什么，真实的故事是，尽管人们普遍认为维可牢尼龙搭扣和特氟龙是由美国宇航局发明的，用于太空计划——实际上它们不是。
让我们从魔术贴开始。的确，20世纪60年代的阿波罗任务可能比当时任何其他东西都更能普及这种有用的材料——在零重力的情况下，用它来固定宇宙飞船上的物品，以及在1968年著名的月球任务中固定西装、样品收集袋等。但维可牢尼龙搭扣实际上是在1955年获得专利的，它是由一位名叫乔治·德·梅斯特拉的瑞士工程师在20世纪40年代末发明的，远在太空计划开始之前。有一天，他出去遛狗，注意到这只可怜的动物的皮毛夹住了小种子荚，或者说是毛刺。仔细一看，他发现豆荚上覆盖着小钩子，这些钩子锁在他宠物毛茸茸的皮毛上的毛圈里，但相对容易被扯下来。然后，德·梅斯特拉着手完善一个双组件紧固件系统，其中一部分覆盖着小钩子，另一部分覆盖着软环。他将其命名为维可牢尼龙搭扣(Velcro)，是“丝绒钩针”的缩写，在法语中是“丝绒钩”的意思。维可牢尼龙搭扣很快被广泛应用于各种民用、工业和军事用途，包括前往太空。
那么聚四氟乙烯呢?美国宇航局和其他太空机构也广泛用于隔热罩、太空服和其他结构和设备，人们普遍认为美国宇航局也发明了这种东西。但是，就像魔术贴一样，它的发明早于太空竞赛。1938年，杜邦公司的科学家罗伊·普朗克特在研究氯氟烃时偶然发现了特氟龙，当时普朗克特在低温下储存了一些四氟乙烯气体罐，以便日后用于化学反应。到了实验的时候，普伦基特困惑地发现，容器里不再装满了气体，而是装了一种白色粉末，这种粉末具有一些非常不寻常的特性——它耐热，不与其他化学物质发生反应，而且非常滑。出乎意料的是，四氟乙烯分子结合在一起——或聚合——创造了世界上第一个聚四氟乙烯。虽然人们很容易相信不粘锅上涂的东西起源于火箭科学，但遗憾的是，这不是真的。
然而，美国宇航局发明的许多有用的设备和技术已经回到了地球。例如，以宇航员的反重力g服为基础的压力服现在被用于治疗分娩后严重出血的妇女——这个问题每年夺去大约7万名妇女的生命，其中许多人在世界上最贫穷的国家。美国国家航空航天局喷气推进实验室在20世纪90年代开发的微型相机，被称为CMOS传感器，被用于当今世界上大多数拍照手机。所以，当你忙着与人聊天、发instagram或到处追口袋妖怪的时候，腾出一点时间来感谢一下这项真正的太空时代的技术。
英国科学能在脱欧中幸存下来吗?
与皇家学会的Venki Ramikrishnan合作
2016年6月，英国公投决定脱离欧盟。现在尘埃落定，人们开始讨论这对英国研究等事情意味着什么。本周，该国一些领先的科学机构发表了一份联合声明，列出了他们认为确保英国在科学领域保持世界领先地位所需的优先事项。克里斯·史密斯(Chris Smith)去见了2009年诺贝尔化学奖得主、现任英国皇家学会(Royal Society)主席文基·拉玛克里希南(Venki Ramakrishnan)，该学会是本周声明背后的实体之一……
在英国脱欧之前，科学界从欧盟获得了相当多的资金;大约占学术研究经费的10%，事实证明，英国科学家实际上非常成功。因此，我们从欧盟得到的回报比我们投入到欧盟科学项目中的回报要多。对欧盟预算的总体贡献并非如此，但我只是在谈论科学部分。
克里斯:那10%，让大家了解一下，用货币来计算它值多少钱?
Venki -我想大概有60亿吧!
克里斯-那可是一大笔钱啊!
Venki -这是一大笔钱，但只有10%。但我想说的是，除了资金之外，欧盟还允许英国科学家参与大型网络、大规模合作，以及任何一个国家或一个小团队都无法完成的大科学。我们认为这些网络和合作比资金本身更重要。
Chris -所以这里有两个挑战需要马上克服。一个是，至少在英国，我们在短期内确实可能面临10%的科学资金下降，但另一个是进入这些更广泛的欧洲网络。为什么他们一定要对英国关闭呢?
Venki -嗯，如果你想成为一个完整的参与者，你想成为单一市场的一部分，那么他们就需要完全的流动性。例如，瑞士举行了一次全民公决，他们不希望将克罗地亚纳入到瑞士的自由流动中，欧盟的反应非常迅速，切断了他们与欧盟许多科学项目的联系。现在，在瑞士和欧盟进行谈判期间，这些计划暂时恢复了，但我的观点是，考虑到英国退欧以来发生的事情，欧盟不会倾向于让事情变得容易。
Chris -我想说的是，我们是不是从单向的角度来看待这个问题，因为英国在世界上，尤其是在欧洲，是一个重要的科学参与者。因此，排斥英国也会伤害欧洲，不是吗?
没错，所以所以我希望我们的欧盟伙伴对他们的政府施加压力，就像我们试图说服我们自己的政府一样，这样就能达成一些常识性的协议，这样我们就能继续成为欧盟范围内科学活动的一部分，这将使欧盟其他国家和英国都受益。
Chris -如果你看看欧洲的大型项目;比如大型强子对撞机，它有来自欧盟多个实体的投资，实际上它并不在欧盟的直接管辖之下，对吧?所以实际上，他们不能转过身来对我们说-好吧，你不在俱乐部里你现在不能成为LHC的一部分吗?
你说的完全正确!所以像欧洲核子研究中心和欧洲航天局这样的机构，它们都在欧盟之外，因为它们是自主组织;它们是由成员国资助的，事实上，它们在欧洲以外也有成员国。但现实是，欧盟实际上是为科学家们提供资金，让他们聚集在一起，规划这些大型设施的一些使用等等，而我们可能被排除在这些参与性网络之外。
Chris -你是英国皇家学会的主席-你有没有接到唐宁街或其他机构的电话，问你我们该怎么办?
雯琪-我们谈过了。我收到一封从首相办公室抄送给我的信。我和不同的人讨论过，似乎大家都同意科学对英国非常重要，他们打算尝试让科学发挥作用。所以我会说，我在现阶段持谨慎乐观的态度，本届政府非常清楚科学和创新的重要性，事实上，在英国脱欧后的环境中，我认为，如果我们想要作为一个经济体繁荣发展，这就变得更加重要，因为我们不一定像在欧盟内部那样有一个保证的安排。因此，我希望政府能够采取行动，努力保持这些互动，努力保持我们从欧洲和世界各地招募一些最优秀人才的能力，同时确保整体科学基金得到保护。因为毕竟，如果脱欧派的人认为我们离开欧盟可以省钱，那么其中一些钱可以回到科学领域。
一个甜蜜的合作故事
克莱尔·斯波提斯伍德博士，剑桥大学和开普敦大学
蜜导鸟是一种原产于非洲和亚洲的野生鸟类。难以置信，这些野生鸟类
自然响应人类采蜜者的呼叫，并引导他们到蜂巢。人们制服了蜜蜂，得到了蜂蜜，而鸟儿拿走了剩下的蜂蜡。康妮·奥巴赫采访了开普敦大学的研究人员克莱尔·斯波蒂斯伍德，他曾前往莫桑比克研究这一现象。
克莱尔:这是莫桑比克北部尼亚萨国家保护区一位采蜜人的声音，他正在灌木丛中召唤一只鸟来帮助他……“brrr-hm”。然后你听到了一只棕色小鸟的叽叽喳喳声:大蜜䴕，这是一种有趣的奇怪物种。它最喜欢的食物是蜡，它与我们自己的物种合作来获取它。
因此，导蜜䴕喜欢蜂蜡，它们知道蜜蜂巢穴的位置，但它们不太擅长与蜜蜂战斗，将蜂蜡从巢穴中取出。然而，相比之下，众所周知，人类喜欢蜂蜜，并且是在火和工具的帮助下进入这些巢穴的专家。因此，鸟类通过它的叫声和行为，向采蜜者指出了这些巢穴的位置，反过来，人类用他们复杂的工具和火制造烟雾来制服蜜蜂，让它们打开巢穴，让导蜜者看到蜡，让人类看到蜂蜜。
康妮:太棒了。所以这些蜜䴕是野生的?
克莱尔-是的，他们没有被驯化，没有被驯服，没有被教导，也没有被强迫。
康妮:你一直在研究这个——你一直在研究什么?
克莱尔:嗯，我们的目的是要区分蜜䴕是否能够特别识别并对采蜜者指向它们的信号做出适当的反应。所以我们录下了许多采蜜人发出的特殊声音“brrr-hm”。然后我们记录下同一个采蜜人发出任意的声音，我们让他们叫出来，这些声音要么是他们的名字，要么是当地瑶族语中蜂蜜和蜜䴕的意思。
因此，如果蜜䴕特别识别出“brr-hm”声音的信息内容，那么它们应该更有可能对人类发出的这种声音做出反应，而不是其他带有相同特定含义的任意人类声音。
康妮:你发现那个特定的声音之间有关系吗?我不打算这么做，因为我会让自己出丑，而不是你使用的控制声音?
克莱尔:是的，当我们发出“呜”的声音时，我们被蜜䴕引导的可能性是对照声音的两倍。不仅如此，当我们随意地发出人类或动物的声音时，蜜䴕往往会失去兴趣，不再引导我们。因此，所有这些的结果是，蜜蜂被导蜜师指到蜂巢的总体几率实际上增加了两倍多，从16%的成功率增加到54%的成功率。
康妮:所以需要一个特定的词，这是否意味着有某种语言在起作用?采蜜人在跟采蜜䴕说话吗?
克莱尔:当然，从一个外行人的角度来看，也就是我作为一个不是语言学家的人的角度来看，这确实像是一种原始语言，鸟类物种可以理解它们相互传递的特定信号。
康妮:那么你认为是什么导致了这种互动?这只是鸟类一生中学会的一种行为适应，还是你认为还有更多的原因?
克莱尔:嗯，蜜䴕也是幼虫寄生虫，就像杜鹃一样，它们把蛋产在其他鸟类的巢里，把抚养后代的成本强加给其他物种。因此，这一窝寄生生命的一个有趣的结果是，蜜䴕没有机会向自己的父母学习，所以我们最好的猜测是，它们引导人类的倾向可能是遗传的。
话虽如此，我们现在已经看到了一个显著的局部适应特定的信号使用特定的人群与蜜䴕共存，这只是一个猜测，但我们最好的猜测是，这些局部的改进可能是通过学习获得的，而不是遗传的。
康妮:所以，如果这是一种进化适应，这让我觉得这应该持续了很长很长时间。采蜜人与鸟类合作有多久了?他们的语言从何而来?
克莱尔:那么我来回答你的第一个问题，关于人类与蜜䴕联系的年龄——嗯，很难说，但它可能确实非常古老。但你也问了我关于人类用来与蜜䴕合作的特殊叫声的起源我也多次问过莫桑比克的瑶族采蜜人这个问题，他们总是对我说我们这么做是因为我们的爸爸这么做了，他们从爸爸那里学来的，我们真的不知道。这只是我们做的事情。有趣的是，他们还说“没有人会打扰这个东西。”它强调的是，任何一个蜜䴕都没有动力使用任何其他信号，因为它们最终会找到更少的蜂蜜。因此，这是一种正强化，使这种语言在人群中得以维持。
看看引擎盖下面的情况
剑桥大学Philip Garsed教授
一辆由燃烧驱动的汽车的引擎盖下到底发生了什么
发动机烧汽油还是柴油?剑桥大学的菲利普·加西和裸体科学家康妮·奥巴赫一起行动起来……
康妮:像很多人一样，我有一辆车，我以前的工作中经常开车，但是尽管我完全依赖那些耗油的汽车，我从来都不知道它们是怎么工作的。为了改变这个尴尬的事实，我请剑桥大学的Philip Garsed带我了解一些基本知识……
菲利普:在很多方面都很简单。汽油发动机实际上是由一系列汽缸组成的，汽缸里有一些叫做活塞的东西，它们基本上是一些大金属片，可以很好地密封在汽缸里，可以上下移动，这些活塞上下移动，因为发动机在运动。发动机的工作原理是使活塞在一系列冲程中上下运动。
所以在第一阶段，你需要把燃料和空气送入发动机，所以活塞向下移动，它把空气和燃料的混合物吸入汽缸，因为它向下移动，把这种混合物拉进来。
这时阀门关闭，活塞继续运动并再次向上运动，但是因为现在混合物被困在汽缸里，它被压缩得很厉害最后在一个非常非常小的空间里就有了这些非常易燃的空气和燃料。
在一切都被压缩得最紧的地方，我们点燃一点火花，这使得燃料和空气的混合物燃烧得非常非常快，燃烧的时候，它变得很热，这就迫使活塞向下。这就是我们从燃料中获得机械能的地方，这就是冲程三。
最后发生的事情是我们打开第二个阀门当活塞继续它的旅程并再次上升时，它迫使所有的热空气和气体离开气缸然后进入排气管。
所以有四个冲程:引入燃料和空气，压缩燃料和空气，点燃并燃烧，然后排气。
康妮:好的。我们有这个聪明的四冲程活塞，但只有一个冲程产生驱动汽车前进的动力。所以，即使它以超高速运行，对我来说这听起来也是一段相当笨重的旅程……
菲利普:是的，如果你只有一个圆柱体，它会非常非常颠簸。你会周期性地得到很大的机械能，而其他时间就不多了，这就是为什么在现实生活中，一辆车有几个汽缸。这取决于汽车的大小;可以是4 8 16。你安排它，让它们在不同的时间完成循环的所有这些部分，它们彼此之间的顺序都略有不同，这就给了我们更好，更平稳的动力输出。
康妮-菲利普提到，活塞的运动是由汽车的运动提供的，但除非我非常非常困惑，否则大多数汽车都是从静止的位置开始的……
菲利普:发动机只有在已经在运动的情况下才能继续运动，这就是为什么我们需要启动马达之类的东西。当你启动你的车时，你转动点火装置，你会听到它旋转的声音，那是一个电动马达，它使活塞以正确的方式上下运动，这样我们就可以在正确的时间注入燃料，燃烧它，让它运转起来。在过去的日子里，你必须用手来做，这是一项非常困难的工作，把引擎转过来让它启动。
康妮:所以当我的电池没电时，我无法发动引擎。这是因为最初的电脉冲没有让物体运动?
菲利普:是的。如果你没有电池，马达就不能转动，引擎就会停在那里。但是，如果你的电池没电了，你可以做的一件事就是推动汽车前进，直到它走得足够快，有时，如果你的时机把握得恰到好处，你可以让它那样启动。
康妮-哇，我总是通过一键启动，就像某种……魔法?但是，恕我直言，汽油并不是唯一可用的燃料——柴油有什么不同呢?
菲利普:在某些方面很相似。很多柴油发动机都有这个四冲程的想法，但你对燃料的处理有点不同。因为柴油发动机倾向于使用更重的燃料，这意味着燃料本身有更多的能量(从一定数量的燃料中)，但要把这些能量取出来有点困难。
所以，当你把东西吸进发动机时，你只需要吸入空气，而不是燃料和空气。一旦空气被困在汽缸里，你就会非常非常用力地压缩它(比汽油发动机的压缩力度大得多)，实际上，如果你压缩空气，它会变得非常非常热。所以，当你到达空气被压缩到最大程度的时候，你把燃料直接注入汽缸，它几乎立刻蒸发，然后，因为那里太热了，它燃烧起来，燃烧得很好，很持续，这就是它迫使活塞再次下降的点。
不同之处在于我们如何把燃料放入汽缸之后，这是非常相似的。
康妮:那么柴油和汽油(燃料本身)为什么需要这两种不同的系统呢?
菲利普:嗯，汽油基本上是一种较轻的燃料。它更容易蒸发，而柴油重得多，但储存的能量更多。所以汽油发动机是好的，因为它们的污染物更少，而且更安静。你可以从柴油发动机中获得更多的能量，所以它们非常适合大型重型发动机。
康妮:所以，虽然我们在汽车上使用柴油发动机，但你更可能在卡车、火车之类的东西上看到它们?
菲利普:是的。这将是非常罕见的看到汽油火车或卡车;它们大多使用非常非常大的柴油发动机
改造柴油
与阿卜杜拉国王科技大学(KAUST) Mani Sarathy教授
柴油发动机和汽油发动机的工作方式不同，这意味着它们需要完全不同形式的燃料。但问题来了。工程师和石油化学家预测，在未来的十年或二十年里，汽油将不复存在。我们要么驾驶电动汽车，要么驾驶柴油驱动的大型运输车。
那么，目前用于制造汽油的20%的原油化学品会发生什么呢?你不能直接把它们加到柴油里，因为现在的引擎不能燃烧它们。因此，沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的研究人员正在开发新的燃料形式，以及新的柴油发动机设计。燃烧化学家Mani Sarathy带Chris Smith参观了…
Mani:因此，我们正在与沙特阿拉伯以及世界各地的工业界密切合作，研究如何最大限度地利用一桶原油产生的燃料。目前，原油被用于制造轻型汽车的汽油燃料和重型汽车的柴油燃料
在未来，我们看到轻型车辆可能会依靠电力驱动。因此，汽油将会供过于求。作为一个研究中心，我们的目标是确保像汽油这样的燃料(我们称之为nafta)可以用于柴油和重型应用。
在精炼厂方面，我们实际上希望尽量减少精炼厂的步骤，因为精炼厂越少，能耗就越低。但是不太精炼的燃料也不能用于传统的柴油发动机，因此，与此同时，我们正在努力推广一种新型柴油发动机的应用——我们称之为部分预混合压缩点火发动机。柴油发动机的工作模式略有不同，因此它可以燃烧更多种类的燃料。
第一步是我们需要了解引擎想要什么。要做到这一点，我们需要了解引擎的燃烧过程。所以这些新型的预混合装药，压缩，点火发动机需要燃料具有一些特定的特性来自燃，我们把这种自燃特性称为点火延迟时间。所以，如果我们知道这个参数，那么我们就可以说，我们如何制定燃料来提供发动机想要的点火延迟时间?
克里斯-你在这里就是为了这个吗?
玛尼-是的。所以我的同事开了一个激波管实验室，观察燃料的行为，不同类型的燃料在不同的温度，不同的压力，以及燃料和空气的不同混合分数下的行为。
克里斯-我们看一下好吗?
Mani -听起来不错…
这是一个很大的房间，有一系列非常非常大的不锈钢管。它们是直径6英寸的管子延伸了整个房间。它们是什么，你用它们做什么?
Mani -管道大致分成两半。四米是我们所说的激波管的驱动部分;四米是驱动段，这两段管道由隔膜隔开。这是横膈膜;它是铝制的，在隔膜上有一个刻度。分数是为了促进隔膜的破裂。
然后在驱动部分注入惰性气体到一个非常高的压力，然后我们稍微刺一下隔膜。当隔膜破裂时，冲击波将在管道的后半部分加速向下传播。管子的后半部分是燃料和空气的混合物。当冲击波向下传播时，它压缩了测试气体，然后冲击波到达管子的末端并反射回来，当它反射回来时，反射回来的冲击波进一步压缩了燃料/空气混合物。
有一系列压力传感器来确定冲击速度;还要确定测试气体段的压力是多少。
克里斯:那里面的化学成分呢?你能看到吗?
Mani -当然!因此，当反射回来的冲击波加热燃料/空气混合物时，燃料开始氧化并发生各种反应。这些可以通过一些基于激光的诊断技术来捕获。
克里斯:通过将激光照射进来，你是否认为某些颜色或波长的激光会被反应中产生的某些化学物质所吸收?
玛尼-差不多就是这样。不同的分子会吸收不同波长的光。所以我们有一个光谱数据库，它告诉我们:二氧化碳，过氧化氢，一氧化碳，不同类型的碳氢化合物，它们是燃烧过程的中间产物。然后你有探测器来探测从另一端发出的光。这是一个简单的关系(我们称之为Bio-Lambert定律)，它将吸收与测试区域的气体浓度联系起来，我们可以在一微秒内监测到这一点。
克里斯-这东西是一个大的6英寸口径的不锈钢管，但不是一个引擎…
Mani -它不能替代实物，但它真正的好处是确保我们的模型工作良好。现在我们有了精确的燃料化学动力学模型。我们可以把我们在这里测试过的燃料结构带到我们的发动机设备中进行测试……
克里斯:嗯，这里闻起来确实像引擎室——那种喜欢摆弄汽车的人会熟悉的美妙的油味。我们这里有两个大引擎这两个引擎有什么区别?
Mani -一个主要用于汽油发动机，所以它是一个火花点火发动机，另一个主要用于柴油发动机作为压缩点火发动机的研究。
克里斯-它们都装配了一整套不同的传感器，这样你就可以监控正在发生的情况?
玛尼-是的。就像在激波管实验室里我们非常关注温度，压力和混合物，以及它们对点火过程的影响。同样的，在发动机中，你必须控制这三个参数:我们有压缩机来控制进气压力，我们有时有加热套来控制进气流的温度，我们可以改变发动机转速来决定气缸内的温度，气缸内的压力，通过改变注入的燃料量，我们改变气缸内的混合分数，混合分层。我们还会测量你可能会担心的来自引擎的排放。
克里斯:然后你会回到汽车制造商那里说，好吧，我们知道燃料能做什么，这就是你需要引擎做的来适应这些燃料吗?
玛尼-完全正确。还有一个引擎研究团体在帮助开发新型的引擎燃烧模式研究团体已经开发了这些引擎并且说这些类型的引擎更高效，燃烧更清洁，这些是未来的内燃机。为了让工业采用它们，工业需要感到舒适，不仅他们可以制造这些发动机，而且他们也要有这些发动机所需的燃料。
聪明的生物燃料?
巴斯大学的Christopher Chuck博士
我们可以不断改进原油的燃烧过程，使系统成为
尽可能高效，但我们为什么要使用化石燃料呢?生物燃料已经存在了几十年，它们可以用于现有的发动机。但如果它们真的很棒，为什么它们只占我们油箱燃料的一小部分呢?克里斯·查克是巴斯大学的一名研究员，他向凯特·阿尼介绍了生物燃料的基础知识……
很简单，生物燃料就是一种液体燃料，其中大部分的分子，如果不是全部的分子，都来自于生物质的来源。这种生物质可以是植物油，糖，植物，草，废食物，任何类型的植物生物质。
凯特:当我们听说人们用旧脂肪驱动汽车时，那是生物燃料吗?
克里斯:这绝对是一种生物燃料。是的，那是早期的一个。
Kat -在巴西这样的地方，他们用乙醇驱动汽车，也从植物中提取乙醇?
克里斯:是的，巴西人使用甘蔗。他们在适合种植甘蔗的大片土地上种植甘蔗并将其转化为乙醇;它是市场上最成功的生物燃料之一。
凯特:我们从不同的来源得到了各种各样的生物燃料，这些来源有哪些?你已经简要地讨论了其中的一些，它们都是一样的吗，它们都是一样的好还是一样的坏?
克里斯:市场上或正在开发的生物燃料种类繁多。有些是为了适应汽油、柴油或航空燃料的作用，它们都有不同的特性。在其他种类中，它实际上是你推导它们的地方。
所以我们对生物燃料有两种定义，一种是第一代生物燃料，由食物制成的，另一种是在粮食生产所需的土地上种植的。或者第二代生物燃料生物质不会与食物竞争这是一个更大的资源。所以我们可以谈论农业残留物，林业废弃物，废弃的食物，甚至是藻类和海藻，它们可以从中生产生物燃料。因为它们种类繁多这些不同类型的生物质，我们必须使用许多不同的化学和生物过程来从它们中制造燃料。
凯特:这是否意味着，实际上，它们可能不如直接从地下钻出来那么有效?
克里斯:是的，这在很大程度上取决于你种植它们的土地面积，以及生产它们的基础设施，例如，从甘蔗中提取生物乙醇在巴西已经发展得很好，实际上很多时候，这取决于每桶石油的成本，也比市场上的汽油便宜。但目前限制生物燃料生产的主要因素实际上是成本问题。
Kat:不过有一个问题，因为据估计，我们所拥有的用于汽车燃料之类的化石燃料，可能比我们想象的要多一些。如果我们最终都将使用电动汽车，那么生物燃料真的更像是一种权宜之计吗?我们是否需要投入时间、精力和金钱来使它们成为化石燃料的替代品?
克里斯:这是一个很普遍的误解。现在很多人都在关注2050年甚至2100年我们的能源结构会是什么样子。每个人都不同意这些数字和它的组成。但所有这些主要模型都表明，我们需要增加生物燃料的使用量，如果你取一个粗略的平均值，到2050年，大约50%的交通燃料需要来自生物燃料。而我们的电力网络和其他形式的能源生产无法满足这一缺口。
很明显，像植物这样的东西，你需要二氧化碳来生长;它们从环境中吸收二氧化碳。我们是否应该不计成本地考虑碳平衡的改变?
克里斯:当然!要弄清楚生物燃料是否真的可持续，是否真的在减少化石燃料的碳排放是非常复杂的，在过去的几十年里，我们一直在开发生命周期评估的工具，以便能够做出这些陈述，能够理解这一点。所以我们真的需要司机来推动生物燃料，它在减少温室气体排放方面显示出很大的希望。
凯特:因为，我猜，他们从环境中吸收二氧化碳，你仍然燃烧它，然后把它放出来，但这几乎是一个闭环，我想?
Chris:当然，但是你必须计算出你在运输生物质、干燥生物质、使用肥料甚至种植作物上投入了多少能量。所以你可以有巨大的能量输入而不去计算它们，除非你很小心。非常重要的是，你要准确地评估生物燃料是如何从田间种植到燃烧排放的过程中制造出来的。
凯特:简单地问一下，生物燃料已经问世了吗?我能不能把生物燃料放进我的车里或者以一种我可能没有意识到的方式使用生物燃料?
克里斯:当然!现在世界上大约5%的运输燃料是生物燃料，但最终，你在使用它们，你今天可能已经在使用它们了。它们以百分之几的比例掺杂到燃料中，只是为了让它们进入基础设施，所以你可以说，我要用生物燃料还是不用生物燃料，这不是一个很好的选择。它已经是我们已经使用的燃料的一个百分比。
降低ngv的压力
剑桥大学的David Fairen-Jimenez博士
生物燃料并不是汽油和柴油的唯一替代品。天然气也是一种
我们所知道的现有技术是有效的，因为它比碳含有更多的氢，因此产生的排放物更清洁。但正如克里斯从剑桥大学的大卫·费伦·希门尼斯那里发现的那样，还有一个问题……
大卫:所以使用天然气的主要问题是它是气体而不是液体。所以你需要使用极高的压力来储存车辆所需的能量。
克里斯:为什么高压会是一个问题?
大卫:首先，这与安全有关。所以如果你出了车祸。200bar是一个非常非常高的压力(相当于200个大气压)，但它也非常昂贵，所以我们需要使用压缩机。
克里斯-换一种说法你是说要储存这些东西你需要非常高压的钢瓶，这些钢瓶需要用很重的坚固材料来建造，然后把气体装进去会消耗更多的能量因为你是在压力下把它塞进去的这就增加了成本?
大卫:对，没错。主要的问题是给这些油箱加满油，这将是非常困难的。所以，只有几辆车来照顾油箱是很容易的，但如果我们假设每辆车都使用天然气，我们就需要像现在这样的加油站……
克里斯-都配备了非常高的压力…
大卫:是的，安全将是一个非常大的问题，经济也是如此。
克里斯:那你的答案呢?
大卫:答案是使用一种基于吸收的天然气的替代品。所以基本上我们要做的就是使用多孔材料以便能够将天然气以液体的形式储存在孔隙中。
这些材料——它们被称为mof，不是吗?(金属有机框架)——我想它们在纳米尺度上看起来像蜂窝……
大卫:没错。所以我们使用这种纳米材料它有一个微孔它的大小和分子大小差不多。所以这些非常非常小的孔提供了非常高的表面积。我们说的是，有时一克材料的面积可达1万平方米。
克里斯-对，所以你有一种材料上面有很多洞气体可以进入这些洞然后粘在侧面，粘在蜂巢的表面?
大卫:我们在这些材料的孔隙壁之间有非常高的相互作用，然后这些气体分子被储存在非常低的压力下。
克里斯-你是说蜂巢的结构，是这样的，它有某种亲和力，或者它喜欢气体，气体也喜欢它，所以气体会粘在上面，这意味着不用在压力下把气体硬塞进去而是在更小的压力下进去?
大卫:对，没错。所以最好的例子是看这个过程是如何工作的，比如说，当你洗澡的时候，你有热水里所有的蒸汽。它凝结在镜子上因为它比房间的其他部分更冷，所以这是完全相同的现象。
克里斯-你要把毒气从毒气里抽出来喷到墙上?
大卫-从气体面，到固体面。
克里斯:是什么材料?你是怎样使气体以这种方式粘在这种材料上的?
David:一切都与吸收技术有关，大约20年前，我们开始使用这些金属有机框架，这是真正的新材料。我们可以从原子的角度调整这些材料的性质。所以我们可以选择这些材料的组成部分。我们可以创建一个3D乐高来玩这个结构。
克里斯-如果你能调整它们的化学式，这是否意味着你几乎可以制造出一个分子过滤器在那里你可以选择你想要的化学物质来选择你想要的气体，你可以把它扔进混合气体中它会抽出它想要的一种并储存起来?
大卫:是的。完全正确。我们可以提高材料的吸收能力，也可以提高材料的选择性。所以我们可以调整这些化学性质，有时甚至是尺寸，所以我们可能有非常小的孔隙度的材料，非常明确。有些分子能够通过这个孔隙，有些则不能。这是一个分子筛。
Chris -一个圆柱体可以装多少气体用这种多孔材料而不是空的空间来填充?
大卫:例如，美国能源部的目标是在250巴和60巴的压力下储存相同数量的石油，所以压力要低得多，但需要完全相同的容量。
克里斯-压强仍然很高，不是吗- 60大气压，60巴?
大卫:60巴的价格也很高，但就成本而言，它真的很不错，因为你不需要两级压缩机，你只需要一个单级压缩机，这意味着它最终更容易被纳入加油站。
Chris:人们对它的吸收情况如何?业界是否有兴趣实际部署它?
大卫:有很多公司对这项技术非常感兴趣。第一个是巴斯夫，一家德国公司。他们开始合成这些材料，你可以买到它们，但它们现在非常昂贵，因为它们的销售规模非常小。大学里也有很多衍生产品。
我能问一下什么时候吗?
大卫:很难知道他们什么时候开始使用这些材料。但至少十年后能看到一些东西就好了。
为什么我饿的时候肚子咕咕叫?
卢卡·比比克向纽约三一医学中心的拉什尼·拉杰医生询问了这个嘈杂问题的答案……
Rashini -胃咕咕叫是很常见的，在大多数情况下是很正常的。这里发生的事情是你的消化道是一个中空的管道，用来移动食物和饮料。当液体、食物、气体的混合物在肠道中流动时，就会产生噪音，有时会很响。
当我们饿的时候，我们的大脑会向我们的胃发出信号，分泌汁液(所以这是一种液体)。它还向我们的肠道发出信号，开始收缩，移动那些果汁和空气，因为这个空管在这个时候是空的，噪音被放大了，你可能会听到更多。
卢卡-收到，医生!如果胃里发出的噪音大到让人尴尬怎么办?
Rashini -如果你在饿的时候或者在白天的任何时候听到比平时更多的声音，并且这与你的正常模式不同，你可能需要和医生调查一下。因为，偶尔，我们所说的肠音增加是肠道发出的声音，可能是你没有正确消化食物的迹象。如果你没有正确地消化食物，就会释放出更多的气体，当肠壁肌肉收缩时，就会产生更多的噪音，导致我们所说的蠕动，也就是食物和液体沿着消化道的中空管移动。
Lucka -所以要么感受你的胃，要么给你的肚子足够的空间来消化和分解你的食物。还有别的办法能让野兽安静下来吗?
拉什尼——某些食物会产生更多的气体，从而产生更大的噪音。比如豆类、花椰菜、卷心菜、西兰花，对某些人来说含有乳糖、麸质或小麦的食物或饮料。这些食物也可能会导致更多的胃咕咕叫，所以，如果你有问题，你可能想尝试减少一些这些食物，看看你是否注意到不同。即使像嚼口香糖这样简单的事情也会导致你吞下更多的空气，然后在你的肠道里，导致更嘈杂的蠕动。
Lucka -不过别担心，凡事都有光明的一面!Rashini吗?
拉什尼-一般来说，胃里的隆隆声没什么好担心的。你可能摄入了比你应该摄入的更多的气体食物，如果胃里的隆隆声真的困扰着你，你可能想要减少这些食物的摄入。但是，在大多数情况下，这是消化过程中正常、健康的一部分，所以不要太担心。
谢谢你，拉什尼。下周我们将回答托尼的问题:
如果你能把地球切成两半，保持内核和外核完整，就像切一个鳄梨一样——从太空看会是什么样子?Kat -从人类的胃到地球的肚子，如果你认为你知道这个问题的答案，那就把它发送到naked scientists。com的克里斯，在naked scientists上发推特，或者在我们的论坛上发帖，naked scientists。com转发slash论坛。
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