工业实验室和改变世界的能量

在这次采访,约瑟夫·b·鲍威尔博士最近退休的首席科学家——化学工程在壳牌AZoM谈论关于过去,现在和未来的能源和化学品工业实验室,他将出席今年Pittcon华莱士·h·库尔特的讲座。

你能首先定义和描述一个“工业实验室”?

虽然比过去也许不常见,许多公司都大实验室,他们开发新产品和流程在“房子”。特别是医药等行业和特种材料,主要的汽车制造商,半导体和微电子等,研发是至关重要的差异化的技术和产品的发展。亚博网站下载基础科学还可以探索推出未亚博老虎机网登录来的机会,经常与外部协作。

壳牌主要研发中心在休斯顿,阿姆斯特丹和班加罗尔。这些中心包括实验室小型台式试验,以及更大的试点工厂和开发单位,需要扩大的过程。工业实验室扮演非常重要的角色在公司的使命提供新产品和流程和扩大商业部署。

如何重要的是研究能源和化学物质,特别是分析过去、现在和未来,科学和工程行业吗?亚博老虎机网登录

是非常重要的,因为世界和社会的需求不断变化和发展。新的和改进的过程和产品必须不断开发满足日益增长和新兴产品和可持续发展的需要。今天的关键问题是气候变化和循环经济。

有效应对这些挑战,我们不仅要解决科学目标和技术需求,还研究如何做以及如何更有效地执行。为此我们看看我们研发和寻求持续改进我们的方法和能力。这是非常重要的对于我们的目标我们行业领先的创新的满足客户的需求,利益相关者和社会逍遥法外。

图片来源:PopTika / Shutterstock.com

你能描述的进化在工业实验室环境能源和化学品研究吗?

实际试验工厂的设备,壳牌试点工厂从维尔追溯到1940年代不看起app亚博体育来不同于我们今天的一些单位。所以,当谈到试点和扩大,工艺设备本身通常看起来有些相似。app亚博体育

然而,当涉及到研发和一些更先进的方法——例如,multi-throughput催化实验,先进的催化剂原位测量设备和机器人准备——我们已经提出不少在提高实验能力。仪器仪表、自动化控制和数据监控所有系统的发展,在未来我们将会看到更多的自动化实验室,以及增加使用数据分析、计算模型、机器学习和人工智能来提高效率和设计。能够在实验室小尺度探索和开发更多的技术减少排放和增加安全,在较短的时间,是很重要的。

告诉我们关于化学和生物工程的重要性,在日常生活中?

巨大的挑战在能源和化学品持续前进,和化学工程的前沿寻找解决方案。手机显示,你的电视,笔记本电脑,视频游戏控制台,智能手表,药品和医疗设备,服装和面料在你家里,你坐的垫子,汽车,公共汽车,卡车使用旅游或者带给你这些在线订单,几乎所有的我们现在所称的日常生活功能的支撑材料和组app亚博体育件通过化学工程设计和生产。亚博网站下载

看着和优化所需的过程和工业系统,必须集成到能源和化学品,化学工程需要。塑料工业自1950年以来每年大约百分之八的速度增长,包括所有的产品,您使用的是今天组成的“现代世界”。

新解决方案的需求仍然很高。展望未来,我们的行业必须继续解决所有涉众需求提供产品,消费者在减少环境足迹,为了保护地球,其气候和资源。

你要展示的华莱士·h·库尔特讲座和演讲将题为“能源和化学品的工业实验室:过去,现在,和未来”。告诉我们你今年会呈现。

我将描述迫切需要减少碳足迹,以减轻气候变化,满足日益增长的能源需求和产品提高生活的质量。所需的过渡和转换的能源和化学品需要前所未有的速度的新技术的发展。更有效的和有效的方法需要进行研发。我将探索一些例子的使用实验室设备和先进的方法来解决这些重大挑战,加快新技术的开发和部署。app亚博体育

AZoNetwork在Vimeo。

你能告诉我们一点关于能源行业面临的挑战以及如何你的研究将帮助克服这些挑战?

整合可再生能源在能源系统和解决问题像间歇性,低能量密度和土地利用,意义重大和重要的挑战。电力和氢将扮演越来越重要的角色在能量是如何传达给终端用户。我们需要进一步探索如何利用生物或回收原料合成化工产品和燃料。

我将解决这些发展项目是什么样子,核心专长的挑战是什么,以及如何在化学工程和化学的基本原理将提供一个途径,以解决方案。必须找到解决这些问题的办法,然后开发和扩大商业,这样他们可以部署和使用。能源行业知道如何设计和实现的大规模能源和化学过程需要的系统。

你的研究涵盖了新颖的化学过程,采油和生物燃料。生物燃料及其潜在的解决能源挑战是什么今天好吗?

大多数人都熟悉乙醇生物燃料,这是由发酵。例如,我们Raizen业务在巴西是世界领导人在为消费者提供从甘蔗乙醇。

我花了十多年致力于先进生物燃料,和壳牌仍在这些发展以非食用原料如食物或植物废物、农业残留物,木屑或其他垃圾材料和将其转换为燃料。亚博网站下载先进生物燃料将会替代传统汽油、柴油、航空燃料。不需要新的基础设施,但效率和可持续的转换是一个大的挑战!

图片来源:伤风/ EveliaSmith

能源和环境已经被科学研究交织在整个年,最新的能源对于碳经济的担忧。你们提供什么建议对能源转换为了一个零碳经济?

是很重要的对碳价值或价格,这样我们才能推进应对气候变化和循环带来的技术发展和进步几十年进入市场。

如果你看欧洲和加州等地,有某种程度的碳定价和激励。这提供了动力给市场带来一个清洁的氢作为能源载体,推动燃料电池汽车或者转换为电力电池动力汽车。

如何做大范围,成为一个主要的运输方式和能源提供了许多令人兴奋的机会。

你有感动的对气候变化的一个重要因素能源共同体和能源应用。你的研究涵盖了能源和化学品也强调可持续性发展。可持续发展的优先级如何塑造的方向你的工作吗?

我毕业学校的能源危机期间的70年代和80年代,当时绝对缺乏活力。汽油是限量供应,全球担忧我们共同的未来。为人类寻找能源是最重要的问题在一天的“可持续性”——这是头版新闻!

从那时起,我们已经发现了许多不同种类的能源资源。问题已经成为一个使用,,,如何解决环境管理,关爱地球,还负担能力,以便获得能源是全球所有人似是而非的。

利益相关者和消费者越来越要求这些方面的可持续性被添加到经济方程的一部分,这是我们新发展的重点在能源和化学品在过去的几十年。

当我回顾我们在化学领域重大项目在过去的三十年里,这些都是由市场提供清洁产品,流程,减少环境足迹。壳形成可持续发展网络在1999年,我出版了一本书,这一直是我们的创新背后的主要驱动力的机会多几十年了。

2020年7月,你发表的“层次聚类分解算法优化可再生能源系统与存储”。你能告诉我们更多关于这项研究?

我必须承认我的一些同事在德州农工大学能源研究所提供的高级数学研究,负责可再生能源的间歇性。当试图优化和看一个高程度的间歇性和能源系统的复杂性,它的计算非常密集。

特定论文描述了一种新算法的分组代表天的太阳能和风能的可用性,它可以输入一个大参数模型,该模型可以生成一个结果在我们的一生中,以便多个选项可以考虑和评估。

在计算方面,它是非常重要的发展这些先进的算法,因为能源系统问题,我们正在处理是巨大的。好消息是,这些非常大的参数模型可以放在一起,以观察整个系统优化,并能引导我们如何设计和配置的新见解未来能源系统。这也是一个很好的例子在使用外部协作。

图片来源:kamilpetran / Shutterstock.com

是否利用空气、水、太阳能、可再生能源已经成为能源发展的前沿。这样的能源技术的优缺点是什么?

间歇性的可再生能源是解决人们的需要是24/7的能源需求。考虑白天/黑夜和季节性变化在太阳能和风能的可用性,以及加热和权力。可再生能源解决方案必须能够提供能源是必要的,而不只是简单或方便时去做。好消息是可再生的选择是更清洁和更广泛使用,但他们并不可用,或者在同一强度在世界各地。

周围土地利用主要城市——大多数人现在生活的地方是一个问题。土地往往是昂贵的和有限的可用性。我们真的要看发展中能源运营商移动能源资源丰富的地区是可用的和廉价的土地,到城市中心。有巨大的挑战和机遇提供氢等向量移动和储存可再生能源和清洁能源。

你从事一些具体案例研究在纽约和得克萨斯关于合成燃料和化学品生产。你能告诉我们更多关于这些案例研究?

我们看移动可再生能源风能和太阳能的形式从德克萨斯到纽约市为了提供部分电网供应。有一个点球让一个载体氢-氨氢动力航母将是另一个例子——但是一旦承运人,您可以利用太阳能和风能资源强度更高在德克萨斯州,也有降低土地成本,然后有机会长距离移动它到一个城市像纽约位置。在这一过程中,还提供了存储容量,为载体可以存储大量更容易,比电子。

建模显示了一个潜在的优势,降低土地成本,太阳能和风能强度更高,和存储的好处,尽管事实上,一些能量被消耗在承运人,然后把它转换成电能。这些案例研究是一个很好的例子,可再生能源在移动,储存它,得到它的城市中心的需求要求。

考虑的案例告诉我们关于你的多年来的研究和在壳,你面临什么惊人的障碍在你研究能源和化学品?

主要的障碍是预测未来的能力。我一直惊讶动态能源和环境可持续发展形势一直在我的职业生涯,从一个完整的缺乏大量的能源,由于新技术如水力压裂和页岩气革命,深水石油和天然气生产和太阳能光伏和风能成本急剧下降使可再生能源。

消费者改变他们的产品偏好,环境和经济压力的相对权重随着时间的推移,随着外部事件有助于一个不断发展的能源格局,需要一个熟练的研究社区回应利益相关者利益的变化和需求。

保持这些变化之前,无疑是巨大的挑战,去年COVID被改变的一个很好的例子我们要对我们的业务和工作,我们的个人生活,我们优先,因此我们需要做的前进。期待和响应变化,是关键。

COVID,你怎么改变?你是怎么适应呢?

我们的科学和技术专家分布在全球各地,对于壳牌在三个主要的经济中心,所以我们加速虚拟会议和工具的使用加强协作,同时减少旅行的需要。基于云计算的协作工具也允许跨越不同时区的有效利用员工的时间。

可以做实验项目使用过程控制和远程监控数据库工具箱,所以没有必要在实验室里得到很好的实践的感觉正在发生什么。全球虚拟会议和协作工具可以包容所有的集体经验,和一个可以适应多个会议和时间解决问题,避免旅行所花费的时间。我相信我们公司减少了₂从空中旅行足迹使用新的工具,这将持续到未来作为一个新的最佳实践。

空中旅行是碳排放的最重要来源之一。你认为路线图是对引入可持续的航空燃料?

航空是一个伟大的挑战领域,因为所需的能量密度的有效设计和运行一个大型喷气式客机,例如。道路运输行业是一个大能源消费国,并有解决方案如电池电动汽车和氢燃料电池汽车,但是空中旅行特别是在更大的飞机是特别困难的脱碳。

电池可能工作很小型飞机在航空当地路线,而氢燃料电池可能略大的飞机,但对最大的洲际飞机旅行,需要更高的能量密度燃料。氢可能是不够的。

因此,壳牌正在提供未来清洁燃料解决航空脱碳的问题。生物燃料可以用于这个目的,但壳也是看公司的直接空气捕捉₂,可以改革与可再生或清洁的氢使太阳能或零碳燃料。这些将对喷气燃料替代使用的今天,但大大减少足迹。

图片来源:aapsky / Shutterstock.com

现任主席在美国能源部氢和燃料电池技术咨询委员会(文章),你可以贡献的科学知识转化为政策。这种经历如何改变了你的工作吗?

文章倡导能源部与美国化学工程师协会(AIChE)创建氢安全中心(CHS)。这为全球铺平了道路研究所分享最佳实践和安全操作的氢,这是非常重要的给新参与者进入氢领域的程度。

急待解决、工业、国家实验室和学术委员会成员可以互相学习领域,包括研发和商业发展新燃料电池,电解槽的氢气生产、存储材料,氢运输和分发,安全,以及在市场上正在发生什么新的移动解决方案和燃料电池汽车和加气站的可用性。亚博网站下载

集体的互动帮助我们推荐和目标类型的研发应该做什么,如何利用协作,并鼓励整个供应链伙伴关系。

有什么优势从使用氢作为能源载体和存储等可再生能源在更为成熟的技术电池存储?

都有他们的地方使用。电池是70 - 90%有效的存储,但问题是能量密度,持续时间和成本。

虽然是一个伟大的解决方案短期内存储,相对低密度系统是合理的,喜欢你的笔记本电脑或手机,氢更适合当需要更高的能量密度,如风能和太阳能在季节性存储或者当能量穿过很长一段距离。他们都有他们的机会空间。

壳是在工作,但每一种都有其扮演一个最佳的地方。重型卡车,例如,需要更高的能量密度,为了使氢,一个好的价值相对于范围和有效载荷。因为氢必须由可再生能源和清洁能源,一个点球的支付往返的效率使氢载体,然后把它转换成电能。往返或循环效率因此小于电池,但是存储和能量密度增加,这是重要的长期网格或较重的义务交通应用程序。

你也在化学工程的首席科学家。壳牌作为公司是化工和燃料行业的吗?

壳牌在领先的创新很长的传统能源。站在我的肩膀上一些非常优秀的和著名的工程师,科学家和发明家,部分公司在其100多年的历史。这是一个非常荣幸我帮继续这个传统。

壳牌的员工已经跨越了一个广泛的贡献从基础科学和工程在石油和天然气生产,化工生产,扩大现在生物科学包括生物燃料和生物化学物质,以及先进的过程控制亚博老虎机网登录和环境催化使行业更清洁和更有效率。化学工程是中央壳牌在其表面做的一切设施,以及现在在采油井下包括机会,捕捉和封存二氧化碳或有限公司2。

壳牌公司的旗舰项目之一是在卡塔尔天然气液化工厂,这是世界上最大的。工厂将天然气转化为清洁柴油,碳氢化合物,对人类和环境的本质安全用作溶剂或润滑剂。这是一个近年来发生的重大技术开发的使用化学工程基础和催化一个多级的过程,实现得天独厚的清洁解决方案。

图片来源:罗伯克兰德尔/ Shutterstock.com

你能告诉我们一点关于未来将在你研究能源和化学品?

壳是非常兴奋的能量向量氢用作一个干净、零排放燃料范围很广的应用。另外,在未来的公司前景₂从空气中使太阳能燃料或碳氢化合物为此可以燃烧,因此没有碳足迹点球。化学工程,需要转换,但我们正在上面所有的能够提供清洁和环境得天独厚的喷气燃料的未来。生物学可以帮助生产燃料和碳减排提供自然的解决方案,而先进的碳捕获和存储可以提供机会净负排放,或删除有限公司2从大气中。

壳也继续工作在先进生物燃料,化学物质,和圆形产品经济提供动力回收塑料废弃物对环境并防止其流失。

你希望更多的技术,将帮助我们减少塑料垃圾?

事实上,有一些伟大的技术,将可再生能源与塑料废物回收,包括使用电气化和氢过程提供热量。这些新趋势几可再生与循环或清洁能源驱动程序,保护气候和生态系统。启用有效的回收将提供激励措施防止塑料泄漏到环境中。

什么其他可再生能源应用程序你会在今年Pittcon讨论吗?

我将讨论清洁能源以及如何整合风能和太阳能,这一直是我们关注的焦点,能源系统,以及我们如何继续使用天然气和生物资源,耦合的有限公司2捕捉和封存,使其干净。

我的演讲将专注于能源管理过渡到达到低于1.5摄氏度温升,同时提供发展中国家的能源需求和实现循环化工产品。我要画一幅画,为什么需要这么多新的和不同的技术在这个空间,并深入探讨的一些实验室和研究机会,必须使这个更有效率,考虑到大量的新技术开发,必须进行来实现这一点。

Pittcon时,我们非常期待与提供者的先进方法和实验室能力,并向他人学习。持续改进我们的工具包和能力是非常重要的实现这些雄心勃勃的目标。

Pittcon如何影响化学工程和能源领域的科学?亚博老虎机网登录

Pittcon是一个很好的机会和空间来了解什么是新在,以及网络的机会和交流我们的挑战和需求,这样可以开发新实验室组件和功能。

在未来,我看到了一个更大的使用机器人实验室项目将如何运行。你可以想象做许多的事情,我们今天做在板凳上使用一个机器人系统可以简单的拨号或程序配置所需的时刻,然后实现。这可以增加速度和安全。同时,将会有更多cross-learning通过使用数据分析,发现化学增强和机器学习的计算建模速度材料的发现。亚博网站下载

我认为Pittcon是个好之间的双向通信产业和研究实验室需要什么,和提供解决方案的人。

你期待虚拟Pittcon ?你认为这将带来什么新趋势?

虚拟Pittcon是令人兴奋的。我发现我能参加更多的会议,会议,研讨会,如果不花那么多时间在旅行上。有创造力和精力,可以得到几乎擅长制造新的连接,虚拟现实和可视化工具,包括正变得越来越普遍。我见过一些非常有趣的突破和使用虚拟网络会议工具,和感到十分致力于这个工作未来Covid之外,考虑到减少碳足迹也提供。

参加者和观众,虚拟演示和避免时间冲突,录音,可以到一个工作的时间表,所以可能有扩大和看到更可能发生。

2020是完全不同的一年。为什么事件像Pittcon重要科学社区走到一起,现在比以往任何时候都更?亚博老虎机网登录

我们的挑战比以往任何时候都更大,我们需要意识到新的发展。我发现网络保持联系是非常宝贵的,不仅是我们的机会,而且是我们的利益相关者的利益是什么。

展示一个会议报告的行为有助于推动科研界期待最新显示结果,并能从同伴那里得到有用的信息在新的发展。同行的输入和反馈是技术开发和改进的一个重要方面,在前进作为一个社区利用经验和知识。学习机会翻译回到我们所做的在我们的日常工作。我希望虚拟方面将是一个优势,在未来我们可以做的更多。

关于乔·鲍威尔

乔·鲍威尔(约瑟夫·b·鲍威尔博士)研究员、前美国化学工程师学会的主任,并担任壳牌公司的前首席科学家——化学工程从2006年到2020年底退休,最后一个36年的行业的职业生涯,他带领研发项目在新化学过程中,生物燃料、采油,建议研发能源过渡到一个纯零碳经济。鲍威尔博士合作发明者在超过125个专利申请授予(60),已收到AIChE / ACS /研发杂志奖创新,服务,和实践,作者之一,可持续发展过程中行业:病例和影响(2010)。他担任美国能源部氢和燃料电池技术咨询委员会(文章),并被选为美国国家工程院(2021)服务两项在董事会后化学科学和技术。亚博老虎机网登录他担任客座编辑今天的催化天然气利用率、编辑委员会的年度回顾的化学和生物工程,并被横切技术团队领导和作者任务创新利用碳捕捉和存储(2017)。他目前在能源和化工产品和过程开发建议(ChemePD LLC)。威斯康星-麦迪逊乔获得博士学位,1984年,美国维吉尼亚州(1978)理学士学位后,在化学工程。