研究人员找到捕获未来潜在清洁能源的分子级解决方案

研究人员找到捕获未来潜在清洁能源的分子级解决方案宾夕法尼亚州立大学化学工程与化学教授伯特-钱德勒（BertChandler）表示，这种奇异现象在1964年首次被描述，最近作为一种利用氢气生产清洁能源的潜在途径，它赢得了更多关注。这在很大程度上是因为，虽然研究人员近60年来一直能够识别氢溢出现象，但直到现在，还没有人能够对其进行量化并描述支撑这一现象的机制。钱德勒说，宾夕法尼亚州立大学领导的一个研究小组凭借一些运气和大量工作，发现了氢溢出现象发生的方式和原因，并首次对这一过程进行了定量测量。他们在《自然-催化》（NatureCatalysis）杂志上发表了他们的研究成果。钱德勒说，这项工作为更好地理解和开发氢的活化和储存提供了机会。传统的氢气储存需要大量的能量才能使氢气保持足够的冷却以保持液态。然而，研究团队利用他们独特的金-钛系统证明，他们可以在需要较少能量的较高温度下，有效、高效、可逆地将氢分子分解为氢原子--这是诱导氢溢出所需的过程。该论文的通讯作者钱德勒说："我们现在能够解释氢溢出是如何工作的，为什么它能工作，以及是什么驱动了它。而且，我们第一次能够测量它--这是关键所在。一旦量化了它，你就能看到它是如何变化的，找出控制它的方法，并找出如何将它应用到新问题上。"该示意图说明了类氢原子如何溢出金属并吸附到氧化钛上。资料来源：BertChandler/宾夕法尼亚州立大学提供在氢溢出系统中，氢气发生反应分裂成氢原子等价物--一个质子和一个电子，但其排列方式与典型的排列方式略有不同。在这个系统中，质子附着在材料表面，而电子则进入半导体氧化物的近表面导带。钱德勒说，研究人员希望学会用它们来测试更先进的化学应用，比如将原子转化为清洁燃料和储氢。钱德勒说："半导体这一块很重要，因为氢原子等价物的质子在表面，电子在次表面--它们仍然靠近在一起，但被导电表面隔开了，"他解释说，这种小的分离避免了电荷分离通常需要的巨大能量损失。"对于几乎所有的吸附系统来说，你必须有有利的热吸附才能克服通过吸附将气体分子吸入固体所需的能量损失。这在熵上是不利的。"熵代表了推动一个过程所需的不可用热能。换句话说，熵是能量向子态的分散，就像冰融化成水时，无法获得保持分子固态的能量一样。钱德勒说，能量需要平衡，而在这些系统中，测量熵对平衡的贡献几乎是不可能的。氢溢出是1964年在铂-钨-氧化物系统中首次发现的，此后在不同的系统中也观察到了氢溢出。钱德勒解释说，直到最近，研究人员还认为氢原子等价物与纳米粒子层结合牢固，需要更多的热能来打破这些结合，产生更多的溢出。然而，大多数氢溢出促进系统都很混乱，因为溢出物与纳米粒子和半导体氧化物基底的键合强度可能会出现变化。钱德勒将这种现象称为"模糊吸附"，描述了这种模糊的粘性结合，它掩盖了真正的吸附，并掩盖了驱动溢出的因素：热能或熵。钱德勒说："我们想出了在另一个系统中测量溢出吸附的方法：氧化钛上的金。金几乎不需要热能就能启动与氢的反应，而且它只在与氧化钛基质的界面上激活反应。这意味着氢不会吸附在金上，因此我们可以量化产生的所有溢出物，因为它们都流向了基底，而不会在金上留下任何咝咝声。"没有了"咝咝声"，研究人员意识到吸附力很弱，这"与大家的认知背道而驰"。在没有热能这个重要变量的情况下，研究人员确定只有熵能驱动原子从金转移到基底上。以前的研究人员可以准确测量吸附量，因为氧化物上的弱吸附掩盖了金属的溢出量。研究人员没有发明新的化学方法，只是收集了数据。足足花了六年时间进行测量和重新测量，从而填补了认识上的这个空白：熵驱动氢溢出。研究人员说，他们现在正计划研究有助于更好地储存氢气的材料类型。钱德勒认为，这项工作是向清洁能源开发迈出的一步，也是科学过程如何发挥作用的一个突出例子。钱德勒说："科学是一个自我修正的过程--如果你发现了一些不合理的地方，你就会努力把它搞清楚。我们很早就知道溢出效应，但没有人找到合适的系统来量化和理解它。我们收集了数据，并找出了解释这一现象的方法。事实证明，我们使用的能量平衡并不总是显而易见的，熵可以驱动我们意想不到的事情。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381159.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381159.htm

研究发现保护和恢复野生动物的行动可以带来新的气候解决方案

研究发现保护和恢复野生动物的行动可以带来新的气候解决方案利用野生动物保护来加强碳捕获和储存的过程被称为碳循环动态化（ACC）。然而，充分利用碳循环需要保护和恢复动物物种到足够的数量，使它们能够履行其生态功能，也就是所谓的营养性野化。根据来自8个国家的15位科学家进行的新研究，野生动物通过觅食、践踏、钻洞、散播种子和生态工程等行为，对于控制陆地和水中的碳循环至关重要。该研究的主要作者OswaldSchmitz说："野生动物物种，在它们与环境的整个互动过程中，是生物多样性和气候之间缺少的环节。这种互动意味着野化可以成为人类可用的基于自然的最佳气候解决方案之一"。研究人员考察了九种野生动物--海洋鱼类、鲸鱼、鲨鱼、灰狼、角马、海獭、麝香牛、非洲森林象和美洲野牛，并从中发现，保护或恢复这些动物的种群，每年可额外捕获64.1亿吨二氧化碳。这代表了实现《巴黎气候协定》将全球变暖控制在2.7°F（1.5°C）阈值以下的目标所需数量的95%。研究人员专注于大型动物，是因为它们的生态影响往往更明显。此外，它们对人类的干扰、栖息地的丧失和改变更加敏感。然而，碳吸收和储存的动态变化取决于动物的存在。在过去的50年里，世界上的野生动物数量减少了近70%，研究人员发现，将野生动物种群推到灭绝的地步可能会使它们的生态系统从碳汇变成碳源。研究人员建议加强目前的动物恢复工作，并引入立法、政策和资金来帮助保护那些因人类干预而数量减少的动物。采用营养野化的方法来应对气候变化将需要改变思维方式。研究人员说："在科学上支持这种努力将需要改变对地球和生态系统科学研究的思维和执行，以接受和量化动物对整个碳循环的控制。它还需要改变政策思维，承认营养性野化可以成为自然气候解决方案的一个重要部分。这两方面都有一定的紧迫性，因为我们正在失去许多动物物种的种群，就在我们发现它们在功能上对碳捕获和储存有多大影响的时候。"这项研究发表在《自然-气候变化》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1351743.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1351743.htm

科学家发现极为简单高效灭蚊防疟疾的潜在解决方案

科学家发现极为简单高效灭蚊防疟疾的潜在解决方案疟疾是一种毁灭性的蚊媒疾病，流行于撒哈拉以南非洲、亚洲和拉丁美洲，会引起发烧、疲劳、头痛和发冷；这种疾病可以致命。据美国疾病控制中心估计，2020年全球疟疾病例约为2.41亿例，造成62.7万人死亡。长期与疟疾作斗争的解决方案会不会像使用肥皂一样简单？得克萨斯大学埃尔帕索分校的科学家们最近在《PLOS被忽视的热带病》上发表的一项研究提出了这一引人入胜的可能性。研究小组发现，在某些类别的杀虫剂中加入少量肥皂液，即可以将杀虫剂的效力提高十倍以上。这项研究的主要作者、德克萨斯大学埃尔帕索分校生物科学系助理教授科林斯-卡姆德姆（ColinceKamdem）博士说，由于携带疟疾的蚊子对目前的杀虫剂表现出越来越强的抗药性，这一发现是一个有希望的消息。"在过去的二十年里，蚊子对大多数杀虫剂都产生了强烈的抗药性，"Kamdem说。"开发具有新作用模式的替代化合物是一场竞赛"。替代杀虫剂和实地试验该研究的第二作者、UTEP研究助理教授CarolineFouet博士说，实验室测试和现场试验都表明，新烟碱类杀虫剂（一种特殊的杀虫剂）是一种很有前途的替代品，可以用来对付对现有杀虫剂产生抗药性的种群。然而，新烟碱类杀虫剂并不能杀死某些种类的蚊子，除非提高它们的效力。Fouet说，在这种情况下，肥皂就是增效物质。德克萨斯大学埃尔帕索分校的科学家ColinceKamdem博士（左）和CarolineFouet博士发现，在某些种类的杀虫剂中加入少量液体肥皂，可以将杀虫剂的效力提高十倍以上。图片来源：德克萨斯大学埃尔帕索分校在加入UTEP之前，卡姆德姆曾在喀麦隆传染病研究中心（CRID）工作；正是在那里，他在进行常规杀虫剂测试时首次发现了肥皂的功效。世界卫生组织（WHO）在测试蚊子对某些杀虫剂的敏感性时，建议在杀虫剂混合物中加入一种种子油产品。Kamdem注意到，加入这种化合物后，蚊子的死亡率比单独使用杀虫剂时要高。"这种化合物与厨房肥皂属于同一类物质，"Kamdem说。"我们想，'为什么不测试具有相同特性的产品呢？"他和他的团队选择了三种在撒哈拉以南非洲盛行的低成本亚麻籽油基肥皂--MaîtreSavondeMarseille、CarolinSavonNoir和LaPerdrixSavon--并将它们添加到四种不同的新烟碱中，即啶虫脒、噻虫嗪、吡虫啉和噻虫嗪。预感果然灵验。研究小组在研究报告中写道，在所有情况下，杀虫剂都能大幅提高药效。该研究的第一作者、喀麦隆雅温得大学博士生阿舒-弗雷德（AshuFred）说："与单独使用杀虫剂相比，所有三种品牌的肥皂都能将死亡率从30%提高到100%。"进一步研究和潜在应用研究小组还测试了在除虫菊酯类杀虫剂中添加肥皂的效果。但在这些情况下，他们没有发现任何益处。研究小组希望进行更多的测试，以确定究竟需要多少肥皂才能提高杀虫剂的效果。卡姆德姆说："我们希望能制造出一种肥皂杀虫剂配方，既能在非洲室内使用，又能保证使用者的健康。这种配方能否粘附在蚊帐等材料上还存在未知数，但这一挑战既充满希望，又非常令人兴奋。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398517.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1398517.htm

美国储存在其他国家的核废料：可能会随全球变暖释放出来

美国储存在其他国家的核废料：可能会随全球变暖释放出来美国冷战时期在马绍尔群岛储存的核废料，而气候变化可能导致这些污染物进入环境。图片来源：美国能源部美国政府问责署 (GAO）调查了马绍尔群岛、格陵兰岛和西班牙的核废料，并于今年早些时候发布了调查结果。由于美国在二战后几十年里的核试验，这三个地区饱受放射性污染的威胁。结果表明，随着全球变暖，冰盖融化，海平面上升，冰盖所含的有毒放射性物质很可能会污染食物和水源。这些挥之不去的核污染来自包括氢弹在内的核爆炸，以及世界各地发生的核事故。美国北卡罗来纳州立大学的核工程师罗伯特·海斯（RobertHayes）在接受美国ABCNews朱莉娅·雅各布（JuliaJacobo）的采访时表示，美国政府一般将这些核废料存放在核爆炸地点附近。比如在格陵兰岛，他们将核废料丢弃在冰盖中；而在马绍尔群岛，他们则将核废料放置在当地一个混凝土结构之下。核武器试验。（图片来源：pixabay）马绍尔群岛的核试验报告显示，太平洋岛国马绍尔群岛受气候变化影响显著，使当地受核废料威胁风险最大。冷战时期，美国在马绍尔群岛建造了一个混凝土结构——RunitDome，用于封存核试验产生的放射性废料。但随着海平面上升，该混凝土结构下方的地下水可能会涌出，导致放射性物质泄漏。风暴潮还可能将放射性物质扩散至整个岛屿，扩大泄漏的影响。1946~1958年，美国在马绍尔群岛进行了67次核试验，其中在比基尼环礁进行的核试验是美国历史上规模最大的一次。这次爆炸的威力约是广岛原子弹事件的1000倍，产生的放射性尘埃多于科学预测。马绍尔群岛的居民已成为核废料的受害者：多个环礁仍然无法居住，核辐射导致马绍尔人罹患癌症和其他疾病，传统的食物采集方式也受到极大干扰。GAO主任内森·安德森（NathanAnderson）告诉Grist杂志的安妮塔·霍夫施奈德（AnitaHofschneider），美国对马绍尔群岛上核废料的责任是“由具体的联邦法规和国际协议界定”。安德森对史密森尼（Smithsonian）杂志说：“美国政府的长期立场是，根据协议，马绍尔群岛对自己的土地负全责，包括曾用于核试验的土地。”美国能源部坚称，岛上的核废料对人类健康和环境构成的风险很低。但鉴于马绍尔人对美国提供的辐射信息缺乏信任，GAO在报告中建议美国能源部与马绍尔群岛政府加强沟通。马绍尔群岛已成为多个辐射暴露研究的对象，包括去年一项通过海龟壳推测历史核事件对环境影响的研究。格陵兰岛冰盖下的核废料如果温室气体排放按当前速度继续下去，那么含有美国冷战时期核试验废料的格陵兰岛冰盖将在未来75年内融化。2016年的一项研究指出，这肯定会导致美国军事研究基地“世纪营”（CampCentury）的核污染物释放到环境中。冰川学家在格陵兰岛工作。（图片来源：wikimediacommons）这项研究引发了广泛的公众关注，格陵兰岛所属的丹麦便开始长期监测世纪营周围的冰盖融化情况，并同时研究核污染物是否会随融水从冰层中渗出。丹麦科学家经研究推断，这些污染物预计会在2100年前处于冰冻状态。届时，短寿命的放射性同位素已衰变，而长寿命同位素将在本世纪末失去大部分放射性，并将被融化的冰稀释。但其他研究发现，世纪营遗留的化学物质多氯联苯（PCBs，一种致癌物）可能会造成更深远的影响。“这可能影响环境，并进一步影响食物链，以及当地居民健康，”因纽特人北极圈理事会格陵兰分会主席希亚尔马·达尔（HjalmarDahl）在接受Grist杂志采访时表示，“我认为重要的是，格陵兰岛和美国政府必须就这一令人担忧的问题沟通解决方案。”西班牙上空飞机失事1966年，西班牙上空两架飞机相撞，其中一架载有氢弹。虽未导致爆炸，但坠地的四枚氢弹中有两枚受损，释放出了放射性钚，导致帕洛马雷斯镇遭受核污染威胁。1990年的一项评估发现，帕洛马雷斯镇的核辐射水平超过了欧盟标准。2015年，美国和西班牙达成协议，对该地进行补救。起初，美国派人来这里开展清理工作，将受污染的土壤挖出来并运往美国，但除此之外，两国尚未实施其他任何措施。策划制作来源丨环球科学（ID：huanqiukexue）作者丨TaraWu责编丨何通校对丨徐来、林林...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427378.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427378.htm

古老的水稻耕作技术开启新的可持续解决方案

古老的水稻耕作技术开启新的可持续解决方案从数字上看，水稻-动物养殖场：每年减少300000吨的氮流失和沥滤每年减少稻田中的甲烷排放190000吨每年为生产者提供1520亿至1710亿美元的额外收入位于中国浙江省的一个稻鱼共养农场。根据一项新的研究，这种将水稻种植与水产养殖相结合的东南亚传统技术有可能满足全球粮食需求，改善环境健康，并为全球生产者创造额外的1500亿美元的年收入。资料来源：联合国粮食及农业组织（FAO）/LuohuiLiang之前的研究发现，将水稻种植与水产养殖结合起来可以提高土地使用效率，同时减少对商业肥料的需求，因为动物的粪便营养丰富，还可以减少杀虫剂的使用，因为水生物种会吃掉许多问题昆虫和杂草。浙江大学的生态学家和该研究的作者顾宝晶说："稻田-动物共同养殖系统为解决当今社会面临的多重挑战提供了一个创新战略，包括粮食危机、气候变化、环境污染和资源短缺。"这项研究发表在AGU的《地球的未来》杂志上，该杂志专注于对我们星球及其居民的过去、现在和未来的跨学科研究。通过查看155个不同案例研究的综合研究成果，评估了全世界稻田-动物共生系统的表现。研究人员发现，与水稻单一种植相比，水稻-动物农场的年产量增加了4%，同时减少了16%的氮径流和13%的沥滤。浙江大学的生态学家和该研究的作者崔静兰说："共同养殖[系统]产生更多的食物类型和营养来源，有助于粮食安全。"该研究还发现，与水稻单一种植相比，稻田动物养殖场的甲烷排放量减少了11%。据估计，稻田鸭和稻田小龙虾共养系统可减少约40%的甲烷排放，而稻田鱼共养系统估计会增加29%的甲烷排放。据作者称，共同养殖系统之间甲烷排放的差异可归因于每个系统中存在的氧气水平，甲烷排放在低氧气水平时增加。鱼类在稻田周围游动，消耗系统中的氧气，导致较高的甲烷排放。鸭子和小龙虾通过挖掘和扰动稻田里的土壤将氧气引入系统，降低了甲烷排放。每个系统在其提供的生态和经济效益方面都是独特的，根据作者的说法，应该为特定的共同养殖系统选择的动物取决于它们在特定环境中的生存、生长和繁殖情况。根据这项研究，现有的87%的水稻单一栽培农场，或全世界总共1.43亿公顷（约3.53亿亩），根据其气候，估计适合于稻田动物农场。根据研究，如果所有合适的土地都用于稻田动物共同养殖，这些农场每年将生产超过1.4亿吨的动物蛋白，超过目前全球水产养殖的年产量，略高于1亿吨。根据该研究，全球采用稻田-动物共同养殖系统，估计每年将为生产者提供1520亿至1710亿美元的额外收入。然而，预期的利润将因国家而异，并取决于适合稻田-动物共同养殖的土地数量。预计从这种耕作方法中受益最多的国家是亚洲，那里适合的土地更多。中国和印度的生产者估计每年可多赚348亿至528亿美元，而印度尼西亚、孟加拉国和泰国的生产者通过改用稻田-动物共生栽培，每年可多赚104亿至189亿美元。根据该研究，世界上其他地区的国家，如果气候能够维持稻田动物养殖，但目前建立的稻田动物养殖场很少，也将从采用这种做法中受益。像美国和巴西这样的国家，通过引入稻田动物共同养殖系统，每年可以多赚14亿至24亿美元。作者JaneCui说，尽管有潜在的好处，但采用稻田-动物共同养殖的做法在全球范围内进展缓慢，因为它需要共同养殖的特定技术；需要资本、劳动力、基础设施和市场网络等资源；还需要挑战促进水稻单一种植的国家政策。有利于密集型水稻单一种植的现行农业政策范式可能对许多国家采用水稻-动物共同养殖构成了障碍。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1355009.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1355009.htm

磁性解决方案可在几秒钟内去除水中的有毒PFAS化学品

磁性解决方案可在几秒钟内去除水中的有毒PFAS化学品更糟糕的是，最近的一项研究发现，地球上几乎所有地方的雨水中的PFAS含量都超过了美国环保署的指导方针，更糟糕的是，这些稳定的分子很难被分解，因此它们被称为"永久化学品"。现在，昆士兰大学的研究人员已经开发出一种技术，可以帮助从水中去除PFAS化学品。该团队设计了一种称为磁性氟化聚合物吸附剂的解决方案，当它被添加到受污染的水中时，会包裹住PFAS分子。这使它们具有磁性，因此使用磁铁吸引污染物并将其从水中分离出来是一个相对简单的过程。在对小型PFAS水样的测试中，该团队发现该技术可以在30秒内去除超过95%的大多数PFAS分子，包括超过99%的GenX，一种危害更大的化学物质。许多团队已经研究了分解PFAS的方法，通常涉及由紫外线或热量引发的催化剂。其他人则利用了氢气或超临界水。但这项新研究的研究人员说，他们的磁性解决方案比现有的PFAS清除技术有一些优势。溶液本身可以重复使用10次，它的工作速度比其他人快得多，而且不需要任何额外的能量来触发反应。该研究的共同作者张成博士说："我们的方法表明，有可能以一种更快、更便宜、更清洁和非常简单的方式去除更多的这些化学品。因为我们的过程不需要电力，它可以在偏远和离网社区使用。我们的团队现在将扩大测试规模，我们希望在未来三年内准备好商业化的产品"。这项研究发表在《AngewandteChemie》杂志上...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1340591.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1340591.htm