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美国能源部聚焦地热钻井技术

 

美国能源部聚焦地热钻井技术
 

 

最近,美国能源部能源效率与可再生能源办公室决定投入1450万美元研究经费,聚焦地热钻井技术,促进地热能源技术创新,加快地热产业的发展。

“提升地热钻探技术水平将有助于开发我们脚下的热能以扩大本土能源份额。”美国能源部负责能源效率和可再生能源事务的首席助理部长帮办丹尼尔·西蒙斯说,“地热能是可靠的基载能源,运行稳定又具有灵活性,可以为确保国家电网的稳定性和弹性提供一系列基础服务。”

在各类并网发电的能源中,地热电站的容量因素仅次于核电站。目前,美国地热发电装机总量超过3.8吉瓦。根据美国地质调查局的勘探和评估,其水热型地热系统和增强型地热系统地热资源潜在发电装机容量超过100吉瓦。但是只有技术创新才有可能使这些地热能转变为具有经济价值的实用资源。

地热能大多埋藏到地下2千米~5千米,地热开发往往在比石油和天然气开发更加复杂的地质环境中进行,要面对恶劣的高温高压条件,所以对科学技术提出了很高的要求。在地热开发过程中,钻探工程费用可能占整个项目投资的一半以上,因此提升地热钻井效率尤为重要。

美国能源部这次提供的地热研发基金将着重扶持有助于提升钻孔时效的技术创新。这项基金给出了三个研究方向:减少无进尺时间的技术,包括有助于钻探自动化的实时数据分析方法和机器学习算法、随钻套管护壁技术、单通完井技术、快速处理循环液漏失的技术、减小磨损以提高每套井底钻具总进尺的技术等;提升钻井进尺速度的技术,包括高温高压条件下的新型钻进方法、材料和技术、改善震动控制和利用机械比能在保持甚至加大进尺速率的同时延长钻头寿命的技术、提高定向钻探效率的导向技术等;加速地热钻探技术从实验室向实际应用转化的新模式,通过建立新型合作伙伴关系加快新兴技术的应用和隐形知识向地热实用技术的转化,制定并实施鼓励地热产业内部和地热产业与其他相关产业之间共享数据和优化方案的政策,探索建立第三方认证和多方协作以降低新技术应用风险的体制,开发和实施能够更好适应地热产业发展需要的新的商业运作模式等。

前两个方向是硬技术,而第三个方向则是软技术。根据美国内华达州和加利福尼亚州在2005~2010年期间地热生产井和回灌井钻井时效的调查,打成一口8000英尺(约2438米)左右的地热井约需要64天的时间,平均钻井进尺速率为每天125英尺。分别位于犹他州Milford和内华达州Fallon的两个能源部资助的地热前沿技术地下试验场的钻井数据表明,目前钻井过程中无进尺时间占据了钻井周期的65%到75%。无进尺时间包括起钻下钻、换钻头、下套管、固井、测井、洗井等生产工作时间和处理循环液漏失、井壁坍塌、卡钻等故障的非生产工作时间,以及因设备故障、工作失误和误工怠工等意外耗费的时间。美国能源部希望通过该项基金的设立和项目实施,全面提升地热钻井效率,以期到2025年使地热钻井时效提高一倍,把钻井周期的平均进尺速率提高到每天250英尺

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生物打印再获新成果
手持3D皮肤打印机:两分钟修补深度伤口
 

 

科技日报北京5月7日电 (记者房琳琳)物理学家组织网7日报道称,加拿大多伦多大学研究人员开发出一种手持便携式3D皮肤打印机,可以打印出多层皮肤组织,以覆盖和治愈深度伤口。这是第一个能在两分钟或更短时间内,就地形成、堆积和凝固皮肤组织的设备,也是生物打印技术取得的新突破。

深度伤口的表皮、真皮和皮下组织都可能受到严重损伤。目前优选的治疗方法为分层厚度皮肤移植术,是将健康的供体皮肤移植到表皮和部分真皮上。

在大伤口上进行分层厚度移植,需要健康供体皮肤的所有三层组织,这样一来,合格的皮肤供体就很少。而不合格的皮肤供体会使得伤口区域不能完全覆盖,导致愈合不良。

尽管科学家已经研发出大量组织工程皮肤替代物,但尚未广泛应用于临床。当前,大多数3D生物打印机体积庞大、工作速度慢、价格昂贵,最重要的是不适合临床应用。研究团队认为,他们发明的原位皮肤打印机是一种平台技术,可以克服上述障碍,同时改善皮肤愈合过程。

报道称,这种手持式皮肤打印机类似一个白色的胶带分配器,“生物墨水”由基于蛋白质的生物材料组成,包括真皮中最丰富的胶原蛋白、参与伤口愈合的蛋白质纤维等,它们能沿着每张“胶带”延伸。该设备仅为鞋盒大小,重量还不到一公斤。它还简化了传统生物打印机的使用程序,使所需的操作培训大大减少。

现在,研究团队计划给打印机增加一些功能,包括扩大可覆盖伤口的面积等。他们希望进行更多的人体临床试验,以期最终革新烧伤护理技术。

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有机太阳能电池光电转化率创纪录

 

从12%到15% 向商用迈进
有机太阳能电池光电转化率创纪录
 

 

科技日报北京4月25日电 (记者刘霞)据美国每日科学网站近日报道,美国密歇根大学科学家展示了光电转化效率高达15%的有机太阳能电池,新成果将进一步促进更柔性、更廉价太阳能电池的商用。

研究人员估计,如果有机太阳能电池的光电转化效率能够达到15%,且使用寿命达到20年,那么,其发电成本仅为每千瓦时7美分。而美国能源信息署的数据显示,2017年,美国的平均发电成本为每千瓦时10.5美分。

有机太阳能电池与传统的无机电池相比具有多项优势。硅基无机太阳能电池板制造成本高昂,但基于碳的有机太阳能电池可以廉价地制造成卷,这些卷足够薄,可在建筑物或服装内弯曲和扭曲,并可以制成任何颜色,甚至透明,从而与周围环境相匹配。

但有机太阳能电池的光电转化效率比较低,在与普通能源的竞争中只能甘拜下风。研究第一作者车小洲(音译)说:“过去几年,其光电转化效率一直徘徊在11%到12%左右。”

为了有所突破,研究人员集结了设计和工艺方面的多项进步。首先,他们设计了一个系统,该系统结合了专用层来吸收可见光和红外光。实质上,他们堆叠了两个有机太阳能电池——一个能吸收波长从350纳米开始的可见光谱中的光;另一个能吸收波长高达950纳米的近红外光。车小洲说:“电池本身的光电转化效率为10%到11%,当将它们堆叠在一起时,光吸收增加,此外,我们还使用了抗反射涂层,将效率提高到了15%。”该团队还证明,他们的新设计、材料和工艺制造的成品率高达95%以上,这对于将制造过程扩展到工业级非常重要。

研究人员相信,转化效率还可以进一步提高。车小洲解释说:“可以通过改善光吸收来增加电流,并最大限度地减少能量损失,从而提高电压。计算结果表明,此类设备的光电转化效率在不久的将来可达18%,有助太阳能成为真正无处不在的清洁能源。”

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人工智能医疗设备在美获批上市

 

人工智能医疗设备在美获批上市
可用于诊断糖尿病性视网膜病变

 

科技日报北京4月12日电 (记者张梦然)据美国食品和药物管理局(FDA)官方网站11日消息称,该机构首次批准利用人工智能(AI)技术的医疗设备上市销售。该软件程序名为“IDx-DR”,将用于筛查糖尿病性视网膜病变,其无需人类临床医生的分析,就能生成诊断结果。

糖尿病患者胰岛素代谢异常,会引起眼组织、神经及血管微循环改变,造成眼部功能损坏。糖尿病性视网膜病变是糖尿病的严重并发症之一,也是主要的致盲眼病之一。

FDA发布的公告称,“IDx-DR”是美国首款获批的无需临床医生分析即可给出结果的医疗设备,该软件利用人工智能算法,可对拓普康NW400相机拍摄的视网膜图像进行分析。

医生给受检测者视网膜拍照后,将图像上传到装有该软件的云服务器上,如图像质量达到标准,软件会自动分析后生成结果。该软件可向医生提供以下两种结果之一:“检出轻度以上糖尿病性视网膜病变,请咨询眼科医生”,或者“未检出轻度以上糖尿病性视网膜病变,请在未来12个月中重新检测”。

根据900名糖尿病患者的临床测试,对于有轻度以上糖尿病性视网膜病变者,该人工智能软件的判断正确率为87.4%;而对于没有轻度以上糖尿病性视网膜病变者,软件判断正确率为89.5%。

FDA医疗设备与放射卫生中心眼耳鼻喉部主任玛尔维娜·埃德尔曼表示,目前糖尿病患者数量相当巨大,对他们进行糖尿病性视网膜病变早期诊断十分重要,可大约50%的患者并不会每年看眼科医生,而这款人工智能软件允许患者在初级的社区诊所就能得到有效筛查。

FDA表示,未来,他们将继续促进安全有效的数字医疗设备走上实用化道路。

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德汽车协会呼吁政府加强支持电动汽车

 德国汽车工业联合会4月9日在柏林举办的“未来交通峰会”上呼吁,为实现德国发展电动汽车的目标,德国政府应加大对电动汽车的支持力度。

联合会主席伯恩哈德·马特斯在会上表示,预计到2020年,德国车企在电动汽车研发方面将投入总计400亿欧元,届时可提供大约100款电动汽车。

不过,德国电动汽车发展还需要诸多支持,比如安装私人充电桩仍需法律和资金上的支持,涉及建造规范、产权和租赁条件等方面。公共充电基础设施也应加强建设,目前德国约有1.1万个公共充电桩,其中560个能提供快速充电。

马特斯还提出,希望德国政府能延长原定2019年停止的电动汽车购买补贴。德国现行政策规定,只要单价不超过6万欧元,购买纯电动汽车每辆补贴4000欧元,购买插电式混合动力车每辆补贴3000欧元。补贴金额总计12亿欧元,政府和车企各承担一半。按计划,补贴政策将按先到先得、发完即止的原则持续至2019年6月;但截至目前,有关部门仅收到不到6万份补贴申请。

拥有众多知名车企的德国非常看重电动汽车市场,目前正通过专门立法、发放购车补贴、资助相关科研等方式推进电动汽车发展,计划在2020年前实现100万辆电动汽车上路的目标

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