卫星图像带你看加州“Geysers”：世界上最大的地热捕获发电厂群

卫星图像带你看加州“Geysers”：世界上最大的地热捕获发电厂群温泉和熔岩点缀着这个名不副实的地热田“Geysers”（字面意思间歇泉），它是世界上最大的捕捉地下热量的发电厂群。大约130万年前，一大团富含二氧化硅的岩浆强行穿过加州北部海岸山脉下面的地壳。今天，这个浅层岩体仍在冒着热气，它上面45平方英里（120平方公里）的区域被称为间歇泉，这是世界上最大的地热能源生产地。虽然附近的清湖火山群在几千年前仍在喷发，但这个地热场实际上从未出现过任何间歇泉。间歇泉是一个错误的说法，源于19世纪来到该地区的定居者，他们误解了大硫磺溪峡谷中冒泡和蒸腾的温泉和熔岩。从19世纪中叶到20世纪中叶，该地区经营着一家受欢迎的度假酒店。该地区的原住民自史前时代起就一直在访问该温泉。该地位于Geyserville东北方向约8英里（13公里），现在是18个发电厂的所在地，它们利用蒸汽驱动涡轮机发电。在这张自然色的卫星图像中，可以看到几个发电厂的白色屋顶，这是由Landsat8上的OperationalLandImager（OLI）于2022年1月10日获得的。这个地区的蒸汽驱动涡轮机可以产生725兆瓦的电力，这足以为旧金山这样的超大型城市供电。Geysers的发电厂通常为索诺玛、莱克和门多西诺县，以及马林和纳帕县的部分地区提供电力需求。截至2018年，Geysers地区的涡轮机生产了加州50%的地热发电能量。地热能是通过从地球内部提取热量产生的，可以通过天然蒸汽或非常热的水。它是一种可靠和可再生的能源，它的优点在于连续性极高，无论太阳是否照耀或风是否流动都可以取用。生产地热能需要三个要素：靠近地表的岩浆、断裂或可渗透的岩石，以及可在受热岩石中循环的流体。在Geysers，100多万年前侵入的岩体仅在地表以下0.6英里（1公里）。更深的部分在1.5英里（2.5公里）以下，温度可以达到750°F（400℃）。根据美国地质调查局的数据，虽然大多数地热发电厂都是利用水库，但间歇泉系统是世界上仅有的两个以水汽为主的系统之一，这意味着该地层直接产生蒸汽，利用它来发电效率更高。20世纪20年代，一个小型的蒸汽发动机发电机首次被用来在这里发电，而第一口现代地热井是在1955年钻的。在接下来的几十年里，不同运营商的进一步钻探和开发使间歇泉的产量在1987年达到高峰。当时，有21个发电厂，总容量超过2000兆瓦。此后，随着蒸汽库开始挖掘，电力生产开始下降。20世纪90年代中期，电厂经营者转向一种称为增强型地热系统（EGS）的做法，以维持能源生产并延长油田的寿命。水被高压注入，以重新打开岩石中的天然裂缝，使热水或蒸汽流入油井。今天，有两条管道将经过处理的废水从莱克县和圣罗莎市输送到水库中进行补充。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1313139.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1313139.htm

研究人员首次利用数十年来的有关数据计算出男性性高潮的数学模型

研究人员首次利用数十年来的有关数据计算出男性性高潮的数学模型性不是一个经常被人公开谈论的话题，这阻碍了对性行为和性反应的全面、准确数据的收集。但是，来自英国苏塞克斯大学的研究人员已经正面解决了这个话题。受用于分析和提高运动成绩的数学模型的启发，研究人员首次计算出了如何达到性高潮的数学模型。该数学模型的成功取决于直接的实验测量和合理准确的数据。因此，研究人员结合了几十年来有关生理和心理唤醒的数据，将他们的模型建立在马斯特斯和约翰逊进行的开创性工作的基础上。美国人威廉-马斯特斯（WilliamMasters）是一名妇科医生，弗吉尼亚-约翰逊（VirginiaJohnson）是一名性治疗师，从1957年到90年代，他们研究了人类的性反应以及性障碍和功能紊乱的诊断和治疗。在1957年至1965年期间，他们通过直接观察382名女大学生和312名男大学生的性行为，记录了一些关于人类性反应的首批实验室数据，他们估计这些数据约为10000个性行为过程。自马斯特斯和约翰逊的工作开始以来，在使用功能性磁共振成像（fMRI）测量性反应周期中发生的生理反应方面取得了相当大的进展，该成像显示了在性刺激和性高潮期间大脑的哪一部分被激活。从新旧数据中可以看出的是，性反应是一个复杂的过程，在男性和女性之间存在差异。在这项研究中，研究人员认为关注男性的性反应比较容易，因为它没有女性那么复杂。追踪男性性反应周期的四个阶段--兴奋、高原、高潮和消退--研究人员发现，在周期的早期，过多的心理刺激不太可能导致高潮的出现。根据这些数据，他们设计了两个数学方程来表示他们的发现：一个涵盖了实现高潮的生理方面，一个涵盖了心理方面。该研究的共同负责人康斯坦丁-布留斯说："过去，研究人员曾试图编写一个模型来描述达到高潮的生理路径，但没有成功。借鉴已有的数据，以及我们以前发表的关于生物现象建模的工作，如流行病学和免疫，我们开发了第一个成功的性表现数学模型。"对于那些喜欢数学的人来说，下面的图片显示了研究人员与他们的数学方程式：尤利娅-基里奇科（左）和康斯坦丁-布留斯与他们实现性高潮的两个数学方程式对于那些不懂数学的人来说，这些字母和符号可以归结为：不要想太多。这项研究的结果可以用来帮助患有性问题的男性和任何想提高性能力的人。"我们的研究结果揭示了一个社会禁忌话题，我们相信它可以在性功能障碍的临床治疗中得到有用的应用，也可以为普通大众提供一个经过测试的改善性生活的公式，"该研究的共同主要作者YuliyaKyrychko说。研究人员计划接下来研究女性的性反应。Kyrychko说："利用我们从这项研究中所学到的知识，我们打算对女性的性反应进行数学建模，这在生理上和数学上都比男性的反应更复杂。"这项研究发表在《混沌》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353359.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1353359.htm

Fervo"下一代地热"技术预示地热发电技术的一场革命

Fervo"下一代地热"技术预示地热发电技术的一场革命在我们的脚下，以热岩石的形式存在着近乎无限的清洁能源。如果能将水引入岩石，再返回地面驱动蒸汽涡轮机，就能全天候（而不是像太阳能和风能那样间歇性）产生清洁电力。这样一种可靠的能源将使清洁能源的过渡更加顺利。但是，正如我们之前多次撰文指出的，目前只有少数地方的地热发电具有经济意义--例如冰岛和新西兰等地，这些地方的热量接近地表，易于获取，而且距离电网足够近，值得开发利用。这一点再加上约40%的地热井最终都没有成功，都让人们对热岩作为一种能源的前景望而却步。根据国际可再生能源机构（IRENA）的数据，地热能约占全球可再生能源总量的一半，在全球能源生产总量中的份额微乎其微。Quaise公司提出了一个非常令人兴奋的方法，即利用新兴核聚变工业的技术，钻探比以往更深的地壳，为旧的燃煤发电站重新供电。但这可能需要一些时间才能实现。Fervo公司的解决方案则更加脚踏实地，它借鉴了石油和天然气生产中更为成熟的大容量机械和技术。从根本上说，Fervo的目标是将页岩油和压裂法用于碳氢化合物的方法用于地热，从根本上改善资源的获取，并在以前成本过高的地方释放能源。传统地热钻孔垂直钻入高断裂、高渗透性岩石典型的地热发电厂会尝试确定高断裂、高渗透和高温岩石区域，然后在该区域的一侧钻一个垂直注水孔，在另一侧钻一个蒸汽回收孔，希望水能够穿过高温岩石，然后在另一侧以蒸汽的形式被提取出来。但是，由于这种方法往往无法产生有用的蒸汽流，费尔沃公司开发出了一种技术来消除所有的猜测。它采用水平钻探技术，在岩石中开辟出一条长长的水平通道，然后注入加压流体，使岩石断裂，形成大面积的高渗透性区域。该公司称，这种"增强地热"方法能带来更可靠的结果。因此，Fervo创造的不是两端只有一个小接触点的垂直钻探地热资源，而是巨大的定制裂缝资源，沿着一条可能延伸数千英尺的管道在许多地方泵入水，并通过一条或多条长的水平蒸汽回收管道在同样多的地方进行回收。Fervo的方法是在岩石中开凿水平长孔，然后自造裂缝，从而与热岩保持长时间接触，确保高流量和可靠的电力。该公司表示，与传统方法相比，这种方法可以获得更多的蒸汽、更大的功率，以及更高的掘金机会。这将使地热在更多地方--几乎任何地方都具有经济可行性。Fervo在内华达州的首个全面商业试点项目"Red项目"是地热项目首次钻出一对水平钻孔，横向延伸约3250英尺（990米）。目前，该项目已经完成了为期30天的钻井测试，流量为每秒63升，温度高达191°C（376°F）。它的发电量为3.4兆瓦，大约够500户美国家庭使用。FervoEnergy公司首席执行官兼联合创始人蒂姆-拉蒂默（TimLatimer）在一份新闻稿中说："通过应用石油和天然气行业的钻探技术，我们已经证明可以在全球新的地域生产全天候无碳能源。我们今天分享的令人难以置信的成果是Fervo员工和行业合作伙伴（尤其是Google）多年来兢兢业业工作和承诺的产物。"该公司的下一个项目将生产两倍的能源，但最终目标是让地热进入大规模制造的领域，在这一领域中，大量生产可以降低成本，而快速学习可以改善流程中每个阶段的结果，从而进一步降低成本。2020年，拉蒂莫在德克萨斯大学奥斯汀分校能源研究所为学生们做了一场演讲，他阐述了一个三阶段的商业化计划，首先是扩大现有地热发电厂的生产规模，达到约200兆瓦，然后再逐步扩大现有发电厂附近的深层资源，这样可以释放多达2千兆瓦的产量。最后，随着一些项目的运行，该公司相信它将把成本降到足够低的水平，以便在地表以下4.5千米（2.8英里）的深度勘探全新的资源。这将使这项技术的发电量达到数百兆瓦，为巩固以可再生能源为基础的电网做出重大贡献。该公司资金雄厚，根据Crunchbase的数据，已筹集了约1.87亿美元。因此，它肯定有机会有所作为。我们期待了解Fervo的更多进展。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1371841.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1371841.htm

新研发的发电厂冷凝器涂层每年可减少4.6亿吨二氧化碳排放量

新研发的发电厂冷凝器涂层每年可减少4.6亿吨二氧化碳排放量上图：涂有F-DLC的冷凝器管道，可使水更有效地凝结成珠并流走。下图传统的铜冷凝器管道，水在其表面形成一层薄膜。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校Grainger工程学院许多类型的发电都是通过蒸汽循环进行的。从根本上说，无论是燃烧化石燃料还是通过核裂变，都是利用一种能源来加热锅炉中的水以产生蒸汽，然后蒸汽被输送到涡轮机旋转，从而产生电力。蒸汽随后被收集到冷凝器中，以回收水继续循环。新研究的研究人员着手提高冷凝器管道的传热效率。他们开发了一种由氟化类金刚石碳（F-DLC）制成的涂层，这是一种疏水材料。当蒸汽在涂层管道上凝结时，它不再形成一层薄膜，而是更容易凝结成水滴。这有助于蒸汽更快地流走，让更多的蒸汽更快地与管道接触。在测试中，研究小组证明，涂层将管道的传热性能提高了20倍，从而使整体效率提高了2%。这听起来似乎并不算什么，但根据他们的计算，如果所有煤炭和天然气发电厂的效率都提高2%，那么每年全球二氧化碳排放量将减少4.6亿吨，节省2万亿加仑冷却水，多发电1000太瓦时。这比俄罗斯一年的耗电量还要多。这项研究的第一作者穆罕默德-胡克（MuhammadHoque）说："我们能用F-DLC实现这一目标，这非常了不起，因为它只使用了碳、芴和少量硅。而且它几乎可以为任何常见金属，包括铜、青铜、铝和钛制作涂层。"重要的是，这些涂层经过了1095天的耐久性测试，结果发现它们在整个时间内都能保持其功能。在磨损测试中，涂层被划伤5000次后仍能保持功能。研究小组表示，下一步将在实际工业条件下对涂层的性能进行为期六个月的测试。虽然如何广泛使用这种涂层仍是个问题，但即使只有几家工厂采用这种涂层，也应该开始有所作为。用石墨烯等材料制成的类似涂层也取得了类似的效果。"如果一切顺利，我们希望向所有人展示，这是一种经济上可行的有效解决方案，"该项目的首席研究员NenadMiljkovic说。"我们希望我们的解决方案能够被采用，因为尽管开发可再生能源绝对应该是优先事项，但继续改进我们现在所拥有的东西仍然非常值得"。这项研究发表在《自然-通讯》（NatureCommunications）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378901.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378901.htm

“南极洲正在崩溃的边缘”：NASA研究揭露了数十年的冰层损失

“南极洲正在崩溃的边缘”：NASA研究揭露了数十年的冰层损失根据周三发表在《自然》上的一项由NASA领导的基于卫星图像的研究，自1997年以来，南极洲的冰层边缘已经损失了约12万亿公吨的冰。这一相当令人震惊的事实因研究人员意识到这一数字是以前估计的两倍且可能会加速，因为地球的气候由于人类引起的气候变化而变暖的速度。这项研究的论文第一作者、NASA喷气推进实验室(JPL)的科学家ChadGreene在一份新闻稿中说道：“南极洲的边缘正在崩溃。而当冰架减少和减弱时，该大陆的巨大冰川往往会加速并增加全球海平面上升的速度。”换句话说，我们需要担心南极洲的冰架的原因远远超出了保护我们星球最纯净的地区之一的范围。你可以把南极洲巨大的、冰冻的、完整的冰层看作是淡水的储存设施。如果冰原边缘的架子开始融化，那么它们所储存的水就会涓涓流入海洋，随着时间的推移，海平面就会上升。当冰块脱离大陆并进入海洋时，这被称为“冰解”。通常情况下，破冰是自然发生的且速度相当稳定，这意味着冰架在长期内有一个恒定的大小，海平面也有一个普遍稳定的水平。“但在最近几十年里，”NASA说道，“海洋变暖一直在破坏南极洲冰架的稳定性，从下面融化它们，并使它们变得更薄、更弱。”今年早些时候，一个和洛杉矶一样大的冰架就在人们面前瓦解。这并不是一个巧合，同样在最近几十年，气候变化迫使海洋温度成倍上升。即使气候的一些变化是可以预期的，正如历史所证明的那样，温度上升不应该发生得如此之快--对于野生动物的生存、地球自然循环保持平衡及我们保护我们的星球来说，这实在是太快了，也是不可持续的。这种快速的速度是因为人类活动如燃烧化石燃料作为能源和砍伐森林，它们正在迫使全球气温飙升。NASA在谈到这项新研究时说道：“海啸造成的损失已经大大超过了自然冰架的增长速度，研究人员认为南极洲不太可能在本世纪末恢复到2000年以前的范围。”事实上，现实情况恰恰相反。这项研究彻底分析了包括约3万英里（5万公里）的南极洲海岸线的冰架边缘，NASA指出，这表明这个雪域大陆最大的冰架在未来10到20年内将会发生重大的冰解。而更糟糕的是，伴随着发表在《EarthSystemScienceData》上的一项由NASA领导的研究表明，南极洲的冰层变薄也已经从该大陆的外部边缘蔓延到内部，在过去十年中，冰原西部地区的冰层变薄几乎翻了一番。这一结论来自于七个太空仪器的近30亿个数据点的组合。NASAJPL的科学家JohanNilsson在新闻稿中说道：“像这样微妙的变化再加上从这组数据中对长期趋势的改进理解，将有助于研究人员了解影响冰层流失的过程从而改进未来对海平面上升的估计。”《国家地理杂志》强调了监测海平面上升的重要性，举例来说，因为其后果包括风暴潮的强度增加，洪水和沿海地区的破坏。这意味着除了野生动物之外，脆弱地方的大型人口中心将不得不从他们的家园搬迁。如孟加拉国的公民一直在与由气候变化驱动的越来越多的悲惨气旋作...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1303575.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1303575.htm

利用细菌和阳光 研究人员开辟通向可持续能源的革命性道路

利用细菌和阳光研究人员开辟通向可持续能源的革命性道路罗切斯特大学的研究人员利用半导体纳米晶体作为光吸收剂和催化剂，并利用细菌向系统提供电子，从而模拟了光合作用。该系统浸没在水中，由光驱动。细菌（大棒状）与纳米粒子催化剂（橙色小点）相互作用产生氢气（H2，气泡）。图片来源：罗切斯特大学插图/MichaelOsadciw在最近发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究中，罗切斯特大学RichardS.Eisenberg化学教授KaraBren和化学教授ToddKrauss揭示，Shewanellaoneidensis细菌可作为他们的人工光合作用系统的一种经济高效的电子源。通过利用这些微生物的独特性质和纳米材料，该系统有可能取代目前从化石燃料中提取氢气的方法，彻底改变氢燃料的生产方式，并释放出强大的可再生能源。Bren说："氢气无疑是能源部目前高度关注的一种燃料。如果我们能够找到一种从水中高效提取氢气的方法，这将带来清洁能源的惊人增长"。理想的燃料氢是"一种理想的燃料"，因为它对环境友好，是化石燃料的无碳替代品。氢是宇宙中最丰富的元素，可以从多种来源生产，包括水、天然气和生物质。化石燃料会产生温室气体和其他污染物，而氢与化石燃料不同，在燃烧时唯一的副产品就是水蒸气。氢燃料还具有高能量密度，这意味着其单位重量含有大量能量。氢燃料可用于燃料电池等多种用途，既可小规模生产，也可大规模生产，因此从家庭使用到工业制造都可行。使用氢气的挑战尽管氢储量很丰富，但地球上几乎没有纯净的氢；氢几乎总是与碳或氧等其他元素结合在碳氢化合物和水等化合物中。要将氢用作燃料，必须从这些化合物中提取。科学家历来从化石燃料中提取氢气，或者最近从水中提取氢气。为了实现后者，人们大力推动采用人工光合作用。在自然光合作用过程中，植物吸收阳光，并利用阳光进行化学反应，将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气。从本质上讲，光能被转化为化学能，为生物体提供燃料。同样，人工光合作用是将丰富的原料和阳光转化为化学燃料的过程。模拟光合作用的系统需要三个组成部分：光吸收器、制造燃料的催化剂和电子源。这些系统通常浸没在水中，光源为光吸收器提供能量。能量使催化剂将提供的电子与周围水中的质子结合，产生氢气。然而，目前大多数系统在生产过程中都依赖化石燃料，或者没有有效的电子传递方式。Bren说："目前生产氢燃料的方式实际上使其成为一种化石燃料。"我们希望通过光驱动反应从水中获得氢气，这样我们就能获得真正的清洁燃料，而且在此过程中不会使用化石燃料。"Krauss的研究小组和布伦的研究小组大约十年来一直致力于开发一种采用人工光合作用、利用半导体纳米晶体作为光吸收剂和催化剂的高效系统。研究人员面临的一个挑战是找到电子源，并将电子从电子供体有效地转移到纳米晶体上。其他系统使用抗坏血酸（俗称维生素C）将电子送回系统。虽然维生素C看起来很便宜，但"需要一个几乎免费的电子源，否则系统就太昂贵了，"Krauss说。Krauss和Bren在论文中报告了一种不太可能的电子供体：细菌。他们发现，Shewanellaoneidensis（一种最早从纽约州北部Oneida湖采集的细菌）为他们的系统提供了一种有效的免费、高效的电子供给方式。Bren说："虽然其他实验室已经将纳米结构与细菌结合起来，但所有这些工作都是从纳米晶体中获取电子并将其输入细菌，然后利用细菌机器制备燃料。据我们所知，我们是第一个反其道而行之，将细菌作为纳米晶体催化剂的电子源的案例"。当细菌在厌氧条件下生长，在有氧气的条件下呼吸细胞物质作为燃料，在此过程中释放电子。Shewanellaoneidensis可以利用自身内部新陈代谢产生的电子，并将其捐献给外部催化剂。未来的燃料布伦设想，未来每个家庭都可能拥有大桶和地下储氢罐，利用太阳能生产和储存小批量氢气，使人们能够用廉价、清洁的燃料为家庭和汽车提供动力。布伦指出，目前已有火车、公共汽车和汽车使用氢燃料电池，但几乎所有为这些系统提供动力的氢都来自化石燃料。她说："新技术已经问世，但在不使用化石燃料的情况下，氢气通过光驱动反应从水中产生之前，对环境并没有真正的帮助。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1371103.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1371103.htm