扭转水力发电的趋势

海洋可再生能源技术与90年代的风能技术相当,但潮流是否正在逆转?
2022年6月1日

海洋上的破浪

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英国在海洋可再生能源方面拥有领先的专业知识,但水本身仍然是实现净零排放的主要因素。为什么这些技术落后于其他更有利的可再生能源?下一个十年将会发生什么?本周的新闻有:一种识别和设计抗生素的新方法,火星探测器被迫退役,以及对为什么少女比同龄男性更容易患抑郁症的深入了解……

在这一集里

细菌漂浮在黑色背景上

01:06 -使用电脑发现的新型抗生素

这种化合物被认为以一种全新的方式破坏了传染性细菌的活性

利用计算机发现的新型抗生素
肖恩·布雷迪,洛克菲勒大学

它被称为抗生素末日。微生物的耐药性越来越强,而治疗某些感染的药物也快用完了。与此同时,大多数主要的制药公司已经退出了抗生素的游戏,因为他们赚不到足够的钱。为什么?因为如果他们真的研制出了一种畅销药物,那么医生要做的第一件事就是把它放在货架上,除非他们走投无路,否则不会使用它。幸运的是,在世界各地的大学和创业公司的基层,仍然有许多令人兴奋的发展。本周,纽约洛克菲勒大学的研究人员公布了一种新药,他们发现这种新药以一种全新的方式来消灭我们在诊所遇到的常见重要细菌。肖恩·布雷迪(Sean Brady)和他的团队利用计算机从环境中搜罗了1万种不同细菌的遗传密码,寻找具有抗生素配方特征的基因。克里斯·史密斯发现了他们是如何解码这些基因会制造什么分子以及它们是如何产生这些分子的。

肖恩:由于抗生素耐药性的发展,我们今天使用的许多抗生素正接近尾声。那么你从哪里找抗生素呢?从历史上看,我们的许多抗生素都来自细菌。但结果是我们开始用完了这些。从细菌中寻找新细菌和有趣的抗生素的明显地点可能在20,30,40年前就开始枯竭了。在这段时间里,人们了解到的是,也许我们错过了很多抗生素。隐藏在细菌内部的基因,或者基因群,可能会制造出新的抗生素,帮助我们重新发现抗生素。

Chris:一个显而易见的问题是,为什么微生物——细菌——首先制造抗生素?

肖恩-这是个好问题,对吧?我们真的不知道,但一个普遍的假设是它们在相互竞争。它们在大自然中争夺有限的食物。他们不能说话,他们不能很好地移动。那么它们是如何交流的呢?他们如何让别人远离他们?他们使用抗生素。

克里斯:我想我们现在关注的是那些我们可以发现的,我们可以生长的,我们可以研究的。因此,肯定有大量的数字我们完全忽略了。

肖恩:我的研究小组在过去的15年里一直在研究这个问题,即环境中有许多细菌我们无法带入实验室,因为科学家们不够聪明,无法培养它们。所以你需要想办法识别他们制造的抗生素。我们研究的一种方法是不培养细菌,而是提取它们的DNA,从泥土中提取DNA,然后把它放入能够生长的细菌中。我们利用这一策略在寻找抗生素方面取得了巨大的成功。但有一个问题出现了,那就是当我们从环境中克隆这些基因时,其中许多基因从未启动,这意味着我们无法识别这些基因应该制造的分子。

Chris -很明显的问题,Sean,当你从一大块土壤中提取一些DNA时,你怎么知道哪些DNA片段可能是制造抗生素分子的有希望的候选者,所以你知道要把注意力集中在那些基因上?

细菌是聪明的,但它们最终并没有那么聪明,它们只进化了几十种制造分子的方法。这意味着我们可以将注意力限制在少数基因类型上。现在它们利用这些基因类型制造很多很多不同的分子,但进化只引导它们沿着一定数量的途径前进。我们可以迅速过滤掉许多我们知道不会产生分子或抗生素的其他基因。

Chris:所以你有能力发现那些看起来很有希望的基因,因为它们有某种标志性的特征,闻起来像这样可以制造抗生素。问题是,你不能让基因启动。那么你是怎么解决的呢?

肖恩:多年来,我们一直在研究这个想法,而不是使用生物学,我们将使用生物信息学。所以使用计算机算法来观察这些基因,并预测它们实际上可能产生什么。一旦我们有了一个预测的结构,我们就可以用合成化学来实际制造那个结构。我们确定了一种可以杀死耐药,耐抗生素的细菌病原体。

克里斯-它作为抗生素有多好?我是说,在我们开始讨论它在我们这样的动物身上是否有效之前。如果你把它放在培养皿中生长的细菌上,它能消灭哪种细菌,效果如何?

肖恩-它能杀死很多病原体。金黄色葡萄球菌是你们的听众可能听说过的最著名的一种还有其他一些细菌病原体。它以一种独特的方式杀死它们,结合或带走以前没有抗生素带走的构建块。除了它的活性之外,这个新机制真的很有趣,

克里斯:你是说,在某种程度上,它剥夺了细菌的资源,使它们不能正常生长?

肖恩-没错。它实际上同时结合了两个分子。它同时占用两种资源。事实证明,如果你只拿走一种资源,细菌通常可以绕过这个问题。它们最终很容易产生抗药性。但如果你拿走两种资源,它就会出现一个通常无法克服或很难克服的问题。我们认为这是这种抗生素的优点之一,它使细菌很难绕过抗生素。所以我们在临床试验中没有发现任何细菌病原体对我们目前发现的这种分子有抗药性。当你在实验室里让细菌长时间生长时,它们就不会对这种抗生素产生抗药性。

克里斯:过去,我们发现了一些类似的非常令人兴奋的潜在抗生素。问题是当你把它们放在我们附近时,它们对我们来说很糟糕。你有没有测试过这种化合物,看看像我们这样的生物是否能忍受?

肖恩-目前只在老鼠身上测试过。我们没有看到任何负面影响。它对实验室里的细胞没有毒性。到目前为止,在我们所做的动物研究中,我们没有发现对动物的毒性,这很令人兴奋。

哈利——肖恩·布雷迪。他刚刚在《科学》杂志上发表了这项研究。

木条箱里的胡萝卜

07:31 -基因编辑食品法在英国被修改

脱欧后,英国改变了对食品精准育种的立场,以促进农产品生产

基因编辑食品法在英国被修改
DEFRA的吉迪恩·亨德森

本周,英国政府启动了将基因编辑食品纳入法律的进程。这将允许销售经过科学改良的作物。这项新的基因技术法案将取代欧盟现有的暂停种植转基因食品的禁令,它将允许科学家使用基因编辑系统CRISPR等工具来提高作物产量,增强抗病能力,甚至给植物增加营养价值。现在,另一方面,批评人士称该法案为转基因作物,但公关效果更好。尽管政府无论如何都打算遵循这一行动方针,但迫在眉睫的食品安全危机导致该法案被加快。James Tytko采访了DEFRA首席科学顾问Gideon Henderson, DEFRA是环境,食品和农村事务部....

吉迪恩:我认为有一些重要的事情发生了变化。其中之一就是公众已经习惯了人们谈论遗传信息。当然,从20世纪90年代开始,这已经有很长一段时间了,在这段时间里,我们看到了基因信息对人类健康的巨大好处以及在生物医学过程中的应用。在20世纪90年代,也有一个真正的担忧,即这实际上是如何落入大企业的手中,而不是帮助食品生产商或公众。我认为这一次的情况是非常不同的,基因编辑是一个非常容易获得的工具,小企业可以使用,而且更容易进入这个市场。

James -这项新法案显然对食品安全问题有一定的紧迫性,但是当人们对科学家的信任可能有点高的时候,是不是也觉得是时候推动这项立法了?

吉迪恩:我不认为科学家在过去几年里对公众如此有用有什么不好,但这并不能解释这个时间点。这个时机更多的是由工具的发展来解释的,这些工具可以实现精确的育种和精确的基因编辑,还有英国离开欧盟,所以我们现在能够独立地重新审视监管。

詹姆斯-一旦这一切过去,我们能期待看到什么好处?

吉迪恩—许多其他国家已经对作物进行基因编辑有一段时间了,所以作为这个国家的消费者,我们可能会看到的最直接的变化是,由于其他地方发生的事情,对我们人类有益的产品,或者对它们的种植方式有益的产品,会出现在我们的货架上。但从英国的角度来看,更令人兴奋的是,从更长远的角度来看,我认为我们将看到新的作物被开发出来,它们将通过食用对环境和人类健康产生重大好处,并提高我们土地的生产力,这样我们就可以腾出一些土地面积。

詹姆斯-该法案还将促进精确饲养动物的发展。你能告诉我一些关于这方面的信息吗?我们什么时候能看到它付诸实践呢?

吉迪恩:举个很好的例子,有一种猪呼吸道疾病,在这个国家和其他许多国家都是地方性的,它给动物带来了很大的痛苦,并大大降低了养猪业的生产率。英国科学家已经证明,我们可以培育出一种对这种呼吸系统疾病有抵抗力的猪,这将是一个早期的胜利,我们可以提高生产力,减少动物的痛苦。

詹姆斯-目前,没有一家英国超市愿意说他们会储存基因编辑食品。《新科学家》联系了英国11家最大的超市,没有一家回应证实。显然他们非常谨慎;关于转基因作物的争论仍有余波。你以为降低食品价格只会符合他们的利益,是吗?

吉迪恩:正如你所说,零售商对生产更好、更健康、对环境影响更小的食品的能力相当积极和支持。单个零售商可能不愿意作为单一实体出来支持,这确实是有道理的。但我也不认为任何零售商会对这些变化抱有敌意。他们只是不愿意第一个把头伸出胸墙。

詹姆斯:从长远来看,这可能还有其他好处。我在考虑发展中国家的机会,例如,一些主要出口粮食作物的国家,他们可能能够种植保质期更长或产量更高的植物,这些植物以前有不符合我们规定的绊脚石。

吉迪恩—当然,随着气候变化,未来许多地区将面临严重的高温胁迫,有时还会面临水资源胁迫,使用基因编辑方法比仅依靠更传统的育种方法更容易培育出更有弹性的作物。所以我们可以帮助确保世界各地的食物供应。我喜欢的一个例子是水稻枯萎病,这是一种可以显著降低世界各地水稻产量和生产力的疾病。当然,我们在英国不种植水稻,但它在东南亚和撒哈拉以南非洲地区非常重要,尤其是西非,那里的水稻枯萎病会严重损害生产力。有一些经过验证的基因编辑方法,我们可以通过这些方法使水稻对水稻枯萎病具有抵抗力,从而能够根除其中的一些问题,或者大大改善它们。

宇航员需要更快的宇宙飞船,更好的辐射防护和隔热罩,才能亲自欣赏火星景观。

13:55 -洞察号探测器结束活动

这个火星着陆器在对这颗红色星球进行测量时遇到了困难。

洞察号探测器逐渐停止活动
戴夫·罗瑟里,开放大学

在其他新闻中,火星地平线上的“洞察号”探测器即将迎来一个悲伤的时刻,它即将退役。你可以从着陆器的自拍照中看到,灰尘已经堆积在太阳能电池板上,现在太阳能电池板的发电量只有第一次着陆时的十分之一。在今年夏天剩下的时间里,美国宇航局将每天只使用12小时剩余的电量,然后每隔一天使用12小时,然后在今年年底之前断电。来自开放大学的戴夫·罗瑟里告诉哈利·刘易斯这一切都是为了什么……

洞察号是美国宇航局的火星着陆器,没有火星车。它只是一个静态着陆器,它特别部署了一个尺寸计。它降落在地面上,用它的手臂取出它的尺寸计,把它牢牢地放在地面上,用盖子盖上,防止风吹过它。这个尺寸计对火星地震引起的地面振动很敏感。这是我们了解火星内部情况的方式。

哈利——它找到了什么?

大卫:嗯,首先,它告诉我们火星是地震活跃的。有火星地震。最大的一次地震是里氏五级,发生在两三周前。我们可以利用穿过火星的波振动,不同类型的振动,纵波和震动波,也可以观察波的偏振。你可以算出火星的分层结构,所以我们第一次发现火星确实有一个核心。这并不奇怪,我们原以为它有一个铁核。它比我们预期的要大一点,火星的地壳比我们预期的要薄一点,然后在两者之间有地幔。所以,我们已经得到了火星的内部结构,我们认为核心的一部分可能也是流体。

大卫:飞船上有一个实验,可以测量火星的精确旋转,以及在相当短的时间内它是如何变化的,这表明火星内部有点邋遢。所以,我们有迹象表明地核也是流动的。说实话,我们不了解行星形成的早期阶段——地核是什么时候从岩石部分分离出来的,不同的层有多厚?人体内到底发生了什么?为什么地球上还有地震?我们知道,板块在移动,侵蚀和沉积改变了地壳上的载荷,所以地壳一直在吱吱作响。火星上没有移动的板块,但有侵蚀和沉积,所以地壳上的负荷在变化。但它如何应对这些不断变化的力量呢?洞察号告诉了我们很多关于火星内部的信息,这是以前从未做过的。唯一一个使用尺寸监测器的物体是由阿波罗宇航员在月球上部署的,他们在阿波罗计划结束时在月球上留下了四个可用的尺寸监测器,但我们从未在任何其他星球上使用过尺寸监测器。 We've had one on Mars for three and a half years now.

哈利-火星上的其他探测器,我不确定有多少,它们是面临着类似的问题,还是这是洞察号特有的问题?

大卫:目前有三个火星车在火星上工作,其中一个是中国的,已经在那里呆了几个月了。我们很少听到这种说法。美国宇航局有“好奇号”,我认为它已经飞行了十年或更长时间,还有“毅力号”,它在2021年初着陆。它正准备向三角洲的顶部移动,也就是它降落的地方。所以,我们有漫游者在火星周围移动,因为它们在移动,它们没有被灰尘覆盖的太阳能电池板,而且很多能量来自无线电热发电机,它们有钚,可以在这个过程中发电。它们不依赖阳光发电。

哈利:我们的火星探索进展如何?我们期待在不久的将来会发生什么?

大卫:嗯,今年最令人失望的是罗莎琳德·富兰克林的火星探测器,欧洲航天局的火星着陆器,它现在不能去了。这是因为它将在法属圭亚那的库鲁用联盟号运载火箭发射,而且下降和着陆系统也是俄罗斯的。整个乌克兰局势意味着这项任务现在无法继续进行。如果能有欧洲自己的火星车在火星上漫步,那就太好了。我有很多同事都在努力确定着陆点,但他们的事业现在都被搁置了。但是,除此之外,我们正在收集由美国宇航局的毅力号探测器收集的样本,它最终将通过美国宇航局和欧洲航天局的联合项目带回地球,将火星样本带回地球进行分析。

哈利:这真是个疯狂的想法,我们很快就会有那么遥远的东西在我们触手可及的范围内。

大卫:能有我们自己收集的火星样本真是太好了。我们已经有了一些火星的碎片,因为有陨石,大块的岩石被撞击从火星上撞出来,然后穿过太空,落到地球上,并被识别出来。所以,我们确实有一些断章取义的火星样本,但我们没有自己收集的任何东西。

一个沮丧的女人

19:39 -青少年的精神问题

男孩和女孩大脑发育速度的不同可能会影响他们患抑郁症的风险

青少年的精神问题
Lena Dorfschmidt,剑桥大学

当我们进入青少年时期,各种各样的变化发生在我们的身体和我们的外表。但我们的心理也发生了重要的变化,有时会导致抑郁症等情绪障碍。令人惊讶的是,女孩似乎是男孩的两倍。但是为什么呢?剑桥大学的莉娜·多夫施密特(Lena Dorfschmidt)也想知道同样的事情,所以她扫描了一大群青春期儿童的大脑,看看哪个区域在这个年龄段改变他们的连接模式最多。在女孩中,有更多的重新布线,特别是在与抑郁症有关的大脑回路中。她怀疑,这可能首先使女孩更容易患上情绪障碍……

莉娜:我们知道,在青春期,我们的大脑发育得非常快。我们也知道,在这段时间里,很多精神疾病被诊断出来。例如,抑郁症。女性被诊断为抑郁症的可能性要比男性高得多,大约是男性的两倍。我们问自己这样一个问题:“在青春期的发展过程中,是否有什么因素可能会导致女性在这段时间内患抑郁症的几率增加?”

Chris -你不只是认为在皮卡上有差异;女性更倾向于谈论它,而男性则更倾向于沉默寡言。

莉娜-可能是有原因的。但我不认为这能解释一切。我不认为女性报告的症状是男性的两倍。此外,我们有一个单独的数据样本,我们可以看到,即使在健康的青少年中,女性也更容易遇到情绪问题。

克里斯:你认为这是因为我们在成长过程中大脑发生了非常迅速的变化?

莉娜-没错。你可以想象一下:如果你想重新整理你的房间并移动东西,你可能会在途中掉东西。你改变的越多,你就越有可能打破某些东西。大脑在某种程度上也是类似的。如果你重塑或重新连接大脑中的许多连接,那么在此过程中出现问题的可能性就更大。

克里斯-这是运动部件更容易损坏的假设,不是吗?

莉娜-没错。

克里斯-那你是怎么想的呢?

莉娜:我们使用核磁共振扫描仪,我们可以拍摄大脑的3D图像,并监测大脑活动,而人们只是躺在扫描仪里。我们知道,即使人们躺在扫描仪里什么都不做,我们也能发现很多关于他们大脑功能的信息。

克里斯:你可以用这种方式观察一组青少年,然后问这个问题:“你的大脑是如何连接的?”

莉娜:没错。我们只是观察不同的大脑区域是如何相互交流的。如果特定区域的神经元一起放电,我们就说它们很可能是相连的,或者这些区域之间有连接。可能有两个区域是高度相连的,它们一直在一起。我们认为他们是在合作。

Chris -那你如何将其与潜在的情绪或精神问题联系起来呢?

莉娜:我们首先分别观察了男性和女性大脑区域的放电情况,然后绘制了它们之间的差异图。我们现在可以了解女孩和男孩,男人和女人大脑的哪个区域是最不同的。我们发现,女性大脑中有一些区域的发育比男性要剧烈得多。所以,在这些区域,女性比男孩更容易重组。然后,我们观察这些区域,并将它们与我们已经从其他研究中知道的与抑郁症有关的区域重叠。它们之间的匹配非常好。我们知道同样的区域受到了影响。

克里斯:为什么女性的大脑会陷入抑郁状态呢?

莉娜:我认为我们不能说女性的大脑会自动进入抑郁状态。我们研究的是健康的青少年。我们唯一想要证明的是,男性和女性的大脑发育是不同的,女性的变化更大一些。原因很简单,因为它们变化更大,我们可以假设有些地方可能出了问题。

克里斯:那么,你现在有了这张地图,或者说大脑不同区域之间的连接网络。你可以看到青春期的动态变化。它与与随后的情绪障碍有关的区域有强烈的重叠。这能让我们了解到导致这种情况发生的原因吗?当人们确实有情绪障碍时,我们能做些什么来阻止它,以免他们最终陷入根深蒂固的抑郁症?

莉娜:不幸的是,我们对此还不是很了解。关于男性和女性的抑郁症有何不同,并没有太多的细节。这就是我们想要做的。我们试图表明,如果我们想了解如何治疗抑郁症,我们需要分别研究男性和女性,因为我们现在已经可以看到,他们之间有一个非常不同的信号。

TIDAL_TURBINE

25:59 -用水发电

有哪些海洋可再生技术…

利用水发电
西蒙·沃尔德曼,赫尔大学

上周,太阳能成为人们关注的焦点,但我们已经挥手告别了,本周轮到潮汐能成为我们审视的对象。我们将看到海洋可再生能源技术如何发挥作用。当然,英国是一个很好的研究案例,因为作为一个岛国,我们周围并不缺乏可供耕种的水资源。哦,天哪,看起来哈里已经溜出了演播室。他去哪儿了?

我现在在英国南海岸的米尔福德海边。在像今天这样阳光明媚的日子里,看起来就像怀特岛在随地吐痰区一样。我们有大约18000公里的海岸线,除此之外,我们的领海延伸到海里22公里。我们没有充分利用这种海洋环境,这种近在咫尺的能源资源,这似乎几乎是荒谬的。考虑到这一点,我希望我们能够找出为什么我们在海洋环境中没有技术来与英国的风能竞争。还有,海洋可再生能源的未来是什么样子。

克里斯:那么我们目前是如何从水中提取能量的呢?西蒙·沃德曼(Simon Wardman)是赫尔大学可再生能源讲师。

西蒙—去年,英国43%的电力来自可再生能源。其中约30%是海上风电,约四分之一是陆上风电。然后有一些太阳能,一些水力和其他一些东西。

哈利——这肯定比预期的要好,是吧?那一定会打破我们设定的目标吧?

西蒙:嗯,我们希望到2050年我们能完全实现零碳排放,这意味着可再生能源加上核能。所以,我们还没有完全做到这一点,但我们做得很好。这一比例大幅上升,2019年仅为37%。而在2010年,这一比例为5%。所以,这是一个显著的转变。

哈利——哇。我没有意识到这一点。我们如何利用水体发电呢?有哪些不同的方法?

目前,西蒙-水力发电约占我国可再生能源发电量的5%。这是重要的。另外两大潜在能源是潮汐能和波浪能。潮汐正在发挥作用。在苏格兰北部有一些早期的机器正在向电网发电。所以,你和我坐在灯光下的一小部分来自潮汐。最近有一份科学出版物估计,如果我们开发它,我们可以从潮汐流能源中获得大约10%的国家当前电力需求。Wave还没到那个阶段。Wave仍然是非常实验性的,还有一点远。



哈里-英国的水力发电真的是满负荷运转,留给我们的只有三个海洋环境可以大规模开发。正如西蒙所说,那是波浪能,我们实际上可以把潮汐能分成两个不同的部分:流和距离。经过深思熟虑后,我认为展示这三个潜在的大玩家如何运作的最佳方式是经营一个浴室。应该可以了。让我们打开水龙头。好的,首先我们有波能。这需要一点剁碎。

哈利:我们有几种方法可以最大限度地利用这个环境,并从中获取能量。但目前为止最有效的方法是在这里的表面上放置一长串圆柱体。在葡萄牙海岸,一个120米长的巨型原型船Pelamis已经证明了这一点。这个名字实际上来源于海蛇,所以它看起来有点像那些会移动的玩具蛇,或者是一列有所有车厢的玩具火车。当气缸上下摆动时,两侧的两个液压闸板被交替地拉动和推动,从而驱动涡轮机。在另外两种情况下,我们从潮汐中获取能量。让我们先试着在浴缸里掀起一个大浪,来来回回。开始吧。如果我们想要利用英国的大潮差,我们需要等到涨潮,然后试着把它困住,试着把一些水困住。我打算用一个储物盖,但更有可能的是公司会建一个类似的结构或墙。

哈利——我们走吧。那我们试着去弄一些吧。好吧,这不是什么好海豹,但我想我找到了一些。你能做的就是把它储存起来,最后当你想要的时候,当潮水退去的时候,你可以释放这些能量,这反过来会驱动涡轮机,就像水力发电一样。所以,所有的能量都被储存起来,我们只是释放它。最后,我们有潮汐流可再生能源。现在,潮水产生的水流非常强大,所以如果我们能在水中放置一个简单的装置能够在这些极端条件下生存,那么驱动涡轮机就相对简单了。为此,显然我们的装置需要在水面下。

西蒙:目前,我们倾向于潮汐流,主要是因为潮差在可获得的电力量方面非常诱人,但它对环境的影响非常大,前期成本非常高。然而,潮汐流更容易进入。

我们还在开始测试这些原型。为什么我们还停留在石器时代——也许这有点残酷——海洋可再生能源。

西蒙:我认为说我们还停留在石器时代有点过分。有些人会说,目前,潮汐能的地位与20世纪90年代的风能类似。在过去的十年里,该行业已经证明了潮汐能是有效的。现在的任务是在更大的范围内部署它,在实践中学习,并降低成本。

你说这可以满足英国10%的电力需求。这些机器将被用在哪里?
西蒙:对于潮汐流,你必须把机器放在水流湍急的地方。在英国,这意味着苏格兰北部和西部的各个地方,也包括安格尔西岛和西威尔士的一些岬角,可能还有其他一些地方,比如怀特岛的南海岸。

哈利:如果你没有风,没有阳光,你知道你会有一个稳定的能源来源。

西蒙:没错。汰渍不是一直可用,但我们知道它什么时候可用。因为风不会一直刮,太阳也不会一直照耀,我们不想把所有的鸡蛋放在一个篮子里。我们希望有一系列的技术来帮助我们。

哈里:就我们在水里的生物而言,我们在英国海岸线周围有什么在发电呢?

西蒙-有相当多的单个机器原型,包括在苏格兰和威尔士的测试中心。但也有两家公司已经有了早期的阵列,他们称之为第一批商业阵列。其中之一是一家名为MeyGen的公司,他们目前在苏格兰北部海岸有六台涡轮机。还有另一家公司叫Nova Innovation,我想他们在设得兰群岛有三四个涡轮机。

太阳和大海

34:23 -潮汐能的黄金十年

潮汐能终于像太阳能和风能一样加入了政府的补贴体系

潮汐能的黄金十年
Stephen Wyatt, Catapult公司

可以预见,海洋可再生能源领域的许多停滞不前的进展都归结于资金。Stephen Wyatt是catapult公司新兴技术主管。Catapult是一个由创新中心组成的非营利性网络,它帮助将企业、聪明的想法和资金联系起来,以获得高潜力的想法,并将其推向市场。克里斯·史密斯问斯蒂芬,目前海洋可再生能源的前景如何……

Stephen -目前海洋可再生能源的前景总体上是积极的。中国正大力推动实现净零排放,海上可再生能源通常被认为是未来能源结构的关键组成部分。

Chris:你说这看起来很积极,但是我们刚刚从上一位嘉宾那里听到,就其他可再生能源和海洋可再生能源之间的比较而言,我们实际上回到了20世纪90年代。你是说有很大的潜力吗?它只是在等待被实现?

Stephen -我认为像潮汐能这样的技术还处于发展阶段。我们花了10到15年的时间从实验室规模的原型发展到全尺寸的原型。正如我们刚刚听到的第一个商业阵列。我们现在真的在寻找真正商业化的地方,并与政府的补贴系统合作,这将使我们能够进入商业项目的第一阶段。

Chris - Simon Waldman说我们基本上是通过实践来学习的那么我们现在有现实的技术使我们能够做到这一点吗?是否有足够的资源在财政上润滑车轮?

Stephen -我们确实有一些非常可靠的技术概念。这些技术通常是由小公司开发的,资助的性质可能有点走走停停。当然,他们还必须说服具有适当风险偏好的私人部门投资者进场。所以我想说,这是一个有点动荡的旅程,但谢天谢地,我们现在已经有了一些可靠的概念,准备好扩展到这些商业阵列。

克里斯:政府投入了多少?因为很明显这是由政府主导的。当你遇到一个大问题需要有人来降低它的风险时,降低风险的方式是政府提供赠款之类的东西。那么有多少潜在的资金呢?

Stephen -所以历史上潮汐公司从政府那里得到了资本补助。就像我说的,这有点断断续续,但通常每年的收入在1000万到2000万英镑之间,但当你尝试的时候,这并不是很多……

Chris:是针对每个项目还是针对整个领域?

史蒂芬-不,我是说这已经是全部了。当你开始看一些我们正在努力发展的概念时,这并不多。

我的意思是,从长远来看,仅仅建造一个风力涡轮机就需要400万美元。所以,当你认为你现在面对的是一个非常不同的环境,海洋环境中的紧急情况是巨大的,不是吗,2000万根本不算什么。

斯蒂芬-我想那是对的。我认为潮汐能源公司已经非常努力地使少量的公共资金走了很长的路。近年来,他们在资金方面也有一些中断,但幸运的是,由于工业界的游说,我们现在有了一个补贴制度,允许他们利用同样的项目资金,就像我们看到的海上风能和核能一样。所以,如果你喜欢潮汐流,尽管在发展这项技术的过程中遇到了一些阻力,但它现在已经成熟,可以和更成熟的技术一样竞标获得补贴,

克里斯:我们刚才听到的预测是,目前我们所需能源的10%可能来自潮汐流等等。这对你来说现实吗?你认为我们达到目标了吗?在什么时间尺度上?

斯蒂芬:我们自己的分析可能会让这个数字稍微高一点?我绝对认为潮汐流做出物质贡献的假设是现实的。它就在那里,现在就可以利用,但理想情况下,我们希望继续推动技术发展,把发电成本再降低一点,然后我们就可以开始部署商业规模。我的观点是,我们正处于黄金十年的开端。所以在接下来的10年里,我们将看到潮汐流以快速的速度移动。类似于我们所看到的海上风电的发展历程,在过去的五年里,海上风电的成本下降了一半以上。我认为在适当的部署水平下,我们会再次看到这种情况发生。

潮池

39:23 -测试潮汐流生成技术

潮汐技术和原型在这些非凡的设施中进行了测试……

测试潮汐流生成技术
Luke Myers,南安普顿大学

在新兴的海洋可再生能源领域,潮汐流技术在应用于公海之前需要经过严格的测试。该行业已经确定了一种类似于陆上风力发电场结构的设计;在实验室测试它们效率的是卢克·迈尔斯。他是南安普顿大学海洋能源和微型可再生能源的副教授,哈里·刘易斯拜访了他……

卢克:所以当我在酒吧里有人问我,你是做什么的时候,我的常规回答是?我说,水下风力涡轮机。这是因为潮汐产业很快就把范围缩小到一个海上版本的风力涡轮机上。之前,我们有一些更新颖的设计。我们有垂直轴,历史上我们有这样的风力涡轮机。我们还遇到过一些像割草机一样旋转的机器,你知道,它们的刀片在前面。我们也有导管。基本上就是引导气流通过叶片。最后,我们有一些拍打的水翼看起来有点像海豚的尾巴。

哈利-这么多原型。为什么整个行业似乎都选择了水下风力涡轮机?

卢克:我想因为在风能和潮汐能之间有很多技术转移,比如动力系统、电子设备和系统的所有后端,基本上它们在机械上是相同的。

哈利——那么继续吧,我们面前有什么?

卢克:所以我们有一些东西和你在互联网上看到的很多设备大致相似。现在它是一个三叶片的逆风或上游潮汐涡轮机。直径是可重新配置的,所以我们可以在上面放不同大小的叶片。这取决于模型所能承受的力以及我们产生的电量。

哈利——你拔出了另一把刀刃,最令人吃惊的是它是亮金色的。看起来很棒。而且翼尖也略有不同。这和我们面前的原型有什么关系?

卢克-好吧。所以它是金的原因是铝被阳极化以防止腐蚀。

哈利-所以这是故意的。这不仅仅是一种风格选择。

卢克-不。对于叶片,我们必须保持非常精确的形状。因此,如果由于腐蚀或任何形式的生物污染而改变形状,它就会破坏性能。叶片末端的隆起是你在大多数商用客机上看到的,它们被称为小翼。他们的想法是,他们阻止湍流,从机翼边缘掉下来,这样做的是,它为飞机创造阻力。所以它降低了性能。它对潮汐或风力涡轮机也有类似的作用。当你用玻璃或碳纤维制造叶片时,在叶片上增加小翼的成本真的很便宜。所以,它只是需要一个不同的模具。然后材料成本相对较小。 And we found an increase in the rotor power, almost 10%, which is huge.

哈里:当你发现这件事的时候,你把它寄给了一家与你合作的商业公司,作为研究机构。工业和大学或其他教育机构的研究之间的关系是怎样的?

Luke -我们正试图与一个竞争激烈的行业联系和合作,因为它正处于萌芽阶段。所以有时候对我们来说,与多家公司合作是相当困难的。所以不管是在同一个项目上还是在连续的项目上,如果他们拥有行业优势,他们想要保持这种优势是完全可以理解的。所以当我们从设计小翼中发现升力和性能时,我意识到我们需要尽快得到结果。所以,我通过网络形式联系了一家大型制造商,说,我有这个惊人的研究,我很高兴马上给你。有三个人回复了我的邮件,听起来很兴奋。结果他们根本不知道我们做了这些工作,不知道我们拥有所有的设备和能力。所以这就说明了这类公司是多么的孤立和忙碌。他们没有足够的资源来检查我们在做什么。所以除非我们在一起直接做一个研究项目,否则他们可能永远不会知道我们做了什么。

哈利-他们可能不知道,就像你说的你们这里的所有设施。如果楼下有人的话,我们可以看看我忘了这个房间叫什么了。

Luke:在南安普顿,我们有英国最大的拖曳水箱,它实际上是一个非常大的游泳池,一端有一个造浪器,还有一个上下缩放的机动马车。我们来看看。

这看起来有点像军情五处或军情六处底层Q测试实验室里的东西。

卢克-很明显,你也能得到很棒的回声。

哈里:那么,当你把你的原型放在水里的时候,这个过程是什么呢?这个设施对你有什么帮助?

卢克-这是一片静水。它有138米长。它宽6米,深3.5米。我们在这里可以做的是,我们可以拖着模型船,船只和潮汐涡轮机穿过这片水域。从一端到另一端也有0.3毫米的差异来解释地球的曲率,因为水箱的长度。我们的一端有一个6.5米宽的车厢,它通过架空的电缆在坦克上下左右牵引,速度大约是12mp,如果你在船上的话,速度快得吓人。

哦,所以你的涡轮机,在这种情况下,他们没有坐在池底。它们实际上是被拖过去给人一种电流的感觉吗?

卢克-原理和风洞差不多。你可以有一辆一级方程式赛车绕着一条赛道跑你可以测量它所受的力。或者你可以让它静止在风洞里,让空气通过它。这就是我们在工程中经常做的事情。这种方法的优点是我们不用移动水,那样会消耗很多能量。

哈里:当涉及到你生产的原型和市场上的产品时。这些水下风力涡轮机的效率有多高?

卢克:所以我们模型的相对效率已经可以和全尺寸的风力涡轮机相媲美了。所以我们得到了,所谓的系数性能。我们的小模型大约是0.42,最大的风力涡轮机大约是0.5左右。所以,对于系数性能来说,当你变大时,效率会变得更好。

哈利——那是什么意思?

卢克:那是可用能量的一部分,你可以把它转化为电能。举个例子,如果你以燃煤发电站为例,它有一个相似的系数,大约是35%。所以每燃烧三个单位的煤,一个单位转化为电能,另外两个单位转化为热能和其他损失。

哈利:那么你认为技术会变得更好,能够承受更多的电流产生的能量吗?

卢克-是的。所以有些水流非常快,特别是在西海岸和苏格兰北部。大约是5mp ?这是10节。作为参考,一立方米水的重量相当于一辆家用汽车。所以每平方米的面积,也就是每秒有5辆家用汽车撞到你。这是一个巨大的工程术语,巨大的动能。

哈利——与风相比,它承受的压力几乎没有风那么大,因为东西必须移动得更快,但同时密度要小得多。

卢克-是的。所以潮汐涡轮机,单位面积上的推力。所以单位面积上击中你的物质的数量要高几个数量级。它要大得多。所以潮汐涡轮机会更紧凑,更小。我们永远不会看到直径80米的潮汐涡轮机,因为水下的力量太大了。所以它们会更紧凑,更小,隐藏在水下

Harry -再一次,与风力涡轮机相比,我们能从单个潮汐涡轮机中获取多少能量?

卢克:我认为这最终取决于潮汐涡轮机有多大。目前,由于强大的力量和你需要努力抵抗这些力量,所以你的刀片不会折断。目前的想法是,潮汐涡轮机的最大直径约为20米。现在的输出功率取决于水流的速度,但是我认为单个涡轮机的功率大概在1到2兆瓦之间。

O2

48:48 - O2潮汐发生器

世界上最强大的潮汐涡轮机…

O2潮汐发生器
安德鲁·斯科特,轨道公司

相对而言,很少有公司在公海潮汐流试验中证明了商业可行性。为了获得政府的支持,企业必须生产电力并将其供应给电网。这个发展阶段有时被称为死亡之谷。创业公司已经开始运营,但还没有产生收入。这是海洋可再生能源领域所有创业公司的所在地。轨道公司是这一领域的先驱之一。他们的首席执行官安德鲁·斯科特向克里斯·史密斯介绍了O2,这是一种目前在苏格兰海岸发电的设备……

我们的技术有点不同,非常创新。它看起来不像一个风力涡轮机,一个微型风力涡轮机固定在海底。有些人认为它看起来像宇宙飞船或飞机。它有两个大机翼和一个机身,实际上整个机身都是漂浮的。在机翼的末端,是动力传动系统。所以有两个动力系统,一个在两端它被锚定在一个大的系泊处机翼是铰接的,所以它们可以上升到表面所以我们可以以低成本接触到所有东西然后它们可以下降开始发电。

Chris -现在,当你说动力系统的时候,你指的是涡轮机,因为没有更好的短语,它将从流过你的结构的水中提取能量?

安德鲁-是的。正如您之前的一位客人所说,这是一种非常类似的技术,实际上可以产生风力涡轮机的能量。有些人称它们为电池或动力系统,但实际上是转子将动能转化为转动能。然后再配上变速箱和发电机。

克里斯-整件事有多大?

安德鲁:是的,这是另一件可能会让人们感到惊讶的事情,它看起来有点像一架飞机,实际上它的大小和大型喷气式747差不多。

克里斯:那电缆能输出多少电量?

安德鲁:我们去年建造并发射的涡轮机,我们称之为O2,它是世界上最强大的潮汐涡轮机。当流速达到2.5毫巴时,它达到额定容量,即每小时2兆瓦。

克里斯-那么你会设想一个舰队,你将锚定在最佳位置,大概这样他们就不会互相干扰或相互撞击,但你因此会优化从潮汐流最快的地方提取能量吗?

安德鲁:是的,当然。就像风力发电场是1,2,3,4兆瓦涡轮机的倍数一样,我们设想我们将有多个这样的内部潮汐流站点,它们都将发电通过电缆传回海岸。

克里斯:我想这样做的一个巨大的好处是潮水每天进进出出两次,你知道,所以这使得发电和能源供应非常可预测,因此非常可靠。

安德鲁-是的。这就是潮汐能的美妙之处,你确切地知道你会产生多少能量,你确切地知道什么时候会产生能量。知道什么时候不生产它也是有价值的。如果你有计划的维护,你可以把它安排在很少或没有潮汐的时候。所以你可以在不影响涡轮机整体性能或产量的情况下做功。

Chris -我们的另一位客人指出,海洋环境非常恶劣。我想通过不粘在海床上的东西,你可以把那些翅膀举起来很简单地完成操作,你实际上让它更容易维护。所以你大概已经省了不少钱吧?

安德鲁:是的,当然。在近海环境中有一条黄金法则或经验法则。一份工作可能花费你一英镑在海上,在海面上花费你10英镑,但在海底可能要花费你1000英镑。因此,能够在地面上快速廉价地获得设备绝对是关键。

克里斯-这什么时候能实现?所以它实际上已经超出了原型产生能量的阶段?

嗯,O2现在正在向英国电网发电。所以,我们建造了它,并于去年在邓迪发射。我们的愿望是,我们计划在未来几年建造更多这样的装置,开始在苏格兰和英国各地创建这些阵列。

克里斯-然后是安德鲁。所以,如果我建造一个兆瓦瓦特的大型风力涡轮机,用你的一个设备产生同样的发电能力需要多少成本?

Andrew:目前,一兆瓦海上风电的平均成本大约是每兆瓦300万到350万英镑。对我们来说,我们建造的最后一个涡轮机的功率刚刚超过500万磅兆瓦。

克里斯-所以你离我们在风能方面已经取得的成就不远了?

安德鲁:不,一点儿也不远。总的能源成本是很多其他因素的函数。显然你的资源是免费的,但是你的发电机的性能如何,你之前的一位客人谈到了提高转子的性能以及诸如此类的事情。这些都是风能在过去二三十年中受益的东西。事实上,他们从规模经济中获益。所以这些都使得他们的整体能源成本下降了很多,当然,从我们现在的制造成本来看,我们认为这是非常令人兴奋的。

克里斯:你们现在有订单了吗?不仅仅是英国的订单,而是国际的订单,还是说这还只是勉强糊口的阶段?它在发电,你在证明这一点,但你还在等那些电话打进来?

嗯,我们在英国确实有商业项目,我们预计今年夏天,我们应该得到政府的支持,希望能推进这些项目。事实上,我们已经在奥克尼岛建造了另一个涡轮机,并将其与电解槽和电池存储相结合。所以,是的,我们正在前进,在英国有一些令人兴奋的商业项目,我们看到世界各地有潮汐流能源的地区的兴趣明显上升,他们对我们正在做的事情非常感兴趣。

嗅探

55:33 -为什么我们的嗅觉不同?

她在英国的油菜籽田与公路平行,你能闻到它们吗?

为什么我们的嗅觉不同?

当我前往裸体科学家的办公室时,我最终经过了一系列的田野。让我告诉你,我希望我能屏蔽掉这些气味。哈佛医学院的神经生物学教授桑迪普·罗伯特·达塔来解释一下你伴侣嗅觉能力的情况。但在此之前,我们首先应该了解我们是如何闻起来的……

桑迪普——气味实际上是由一种叫做“嗅觉感觉神经元”的特殊细胞在鼻子里检测到的。这些神经元能检测到气味,是因为每个神经元都有一种专门的气味探测器,叫做气味受体。你的基因组实际上编码了大约400种不同的受体,每一种受体都专门与不同的气味相互作用。你可以把每个气味感受器想象成一把锁,把气味想象成一把钥匙。气味飘进你的鼻子,当它们找到匹配的感受器时,当钥匙找到锁时,感受器就会打开,神经元就会被激活。

奥蒂斯-这些神经元向我们的大脑发送信号,告诉我们气味是什么。然而,每个受体都有独特的变异,这导致每个人在鼻子里都有不同的受体选择。

桑迪普——事实证明,至少对于某些气味,你探测气味的能力和你对气味的感知取决于你从父母那里遗传的特定受体基因。例如,有些人喜欢男性腋下汗的味道,而另一些人则觉得恶心。不同的人对这种气味有不同的感觉是因为他们遗传了不同版本的基因,这种基因编码了男性腋下汗液的受体。

奥蒂斯:我还以为除臭剂对改善腋窝气味很重要呢。所以基因可能是我们有不同嗅觉感受器的原因,因此当你的伴侣不能闻到某些气味时。不管气味有多强烈,如果我们没有合适的感受器,我们的大脑就无法检测到气味。

桑迪普:这并不是说基因就是一切。嗅觉感知还关键取决于我们最近和一生中对气味的体验。但基因是解释你和你的伴侣之间发生的事情的最有可能的解释,假设你和你的伴侣都有共同的文化背景,并且分享了你最近的大部分嗅觉体验。

奥蒂斯-感谢桑迪普·罗伯特·达塔教授帮助我们找到了答案。下周,我们将从听众迈克那里了解这个沟通难题。

迈克:邮件和短信会影响我们大脑的认知功能吗?

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