U.S.-China Ecopartnership for Environmental Sustainability—USCEES

美方技术寻找各方需求

Ecopartnerships
合作伙伴:普渡大学国际商业合作项目 Purdue - GBE

中美生态环境可持续发展合作伙伴项目(又译绿色合作伙伴计划,英语简称USCEES)各成员机构的一项共同任务是运用成员机构的研究成果来应对现实世界的挑战。这项任务的具体实施方案之一,是通过大学来管理、并向外界推广可供现有企业和未来的公司申请授权使用的技术。 

下表是普渡大学可供业界申请授权的技术清单,这些技术覆盖了环境可持续发展领域以及其他中美生态合作伙伴项目的相关领域。

为了推动与中国业界在技术商用化等方面的各项合作,本项目与普渡大学国际商业合作项目联合进行技术推广。如果您是一家中国企业,并且您正在寻找相关新技术或问题解决方案,我们鼓励您参考如下的技术清单。如果您对以下技术感兴趣,请联系普渡大学国际商业合作项目执行理事傅迈峰(Mark Van Fleet,邮件地址: mvanfleet@purdue.edu)以获得更多信息,请同时在邮件中附上技术代号(PRF#)。 

如果您是普渡大学教授或学者,您对于您现阶段的研究很有信心,相信您的研究成果在未来将有商用化的潜力,我们也欢迎您联系Mark Van Fleet


技术

代号

一些可供业界申请授权的普渡大学的技术
PRF # 65981 城市污水再利用技术中酶活处理藻朊酸纤维来减少膜污

人口增长和经济发展使得全球对有限水资源的需求增加。当自然界水资源不能满足水源供应时,对处理后污水的利用是十分必要的。污水再利用能够成功有效地生产可供利用的新水源。这是一种可持续的方法且在长期范围内花费较少。为了达到污水再利用的质量标准,先进的处理技术是十分必要的。

膜过滤技术在去盐化、高质量水生产和污水处理实践中应用十分广泛。人们对处理后水质的迫切要求促生了膜技术的广泛利用。所以,多重膜处理过程被认为是先进污水回收和再利用工序的主要因素。然而,膜技术推广应用的一个主要障碍是由水中杂质(如有机物质或颗粒等)沉积或吸附于膜表面或膜孔隙造成的膜污染。结果,膜过滤技术的生产率随着过滤时间的推移而显著降低。膜污染会影响水产出的质量和数量,且不可逆的膜污染会最终缩短膜的寿命。据报道,由污染造成的膜替换是该技术操作中唯一一项花费最高的开支。

普渡大学的研究者发明了一项有效清洁污水处理膜的方法。此项技术利用酶来降解膜上的吸附物,而非基于化学清洁剂。由于降低了阻塞,这使得膜的生产力和有效寿命有了显著提高。

根据IBISWorld的市场调查,2011年污水处理设备产生了416亿美元的利润,并将以每年1.8%的增长率增长。

优势:

  • 通过减少阻塞物和延长膜寿命提升了膜的效率;
可应用于反渗透膜、纳米过滤膜、超过滤膜和微过滤膜。
PRF#  65927 用于生物质转换的新型木质素酶和Aldo-Keto还原酶

当前,第二代乙醇的生产还存在很大的障碍。问题就在于木质素。木质素是自然界中含量最丰富的多聚物之一,它构成了成熟植物体干重的1/4至1/3。在生物能源生产的过程中,木质素不仅很难转化为生物乙醇,而且会降低整体的转化效率。我们在利用木质素纤维生产生物乙醇的过程中,有必要提升可发酵糖类的可利用性。

普渡大学的研究者发现白蚁的消化酶能够将木质素降解为易利用和可发酵的糖类。利用这些酶能够提高生物质转化为乙醇的效率和产量。
PRF#  65621 利用Corngrass1基因将低木质素白杨改造为生物燃料植物

基于能源自给的要求,生物燃料(如作物乙醇)的生产呈现爆发式增长。生物能源精炼厂的建设已呈现快速增长的趋势,并且税费减免措施起了进一步推动作用。用于交通的大多数乙醇来自于作物,但这种形式的生物能源产品是不可持续的。从作物乙醇到纤维素乙醇(来自木材、牧草或者植物的不可食用部分)的过渡是必要的,联邦通过减免纤维素乙醇生产者的大量税收来支持此项过渡。为确保纤维素乙醇的长期使用,有必要将可利用性生物质最大化。

普渡大学的研究者改进了转基因白杨以作为纤维素乙醇生产的原材料。基因改造后的白杨能更快地积累生物质,这种生物质更易降解且白杨是不育的。这些优点要归因于白杨的多个枝干同时生长和产生的较低木质素。
PRF # 65459 从Hub发动机到基于大型电容的附属电池的多种再生

全球范围内能源价格的增长重新催生了科学家对一些领域的研究兴趣。能源价格的升高促使科学家和工程师发明能源产生的新方式。交通是能源的主要消耗方式,即使是较小的能源效率提升,也能对整个能源消费模式产生大的影响。电动机车能够改善交通运输中对能源的利用方式。

普渡大学的研究者基于由直流轮毂电机驱动的电动三轮机车,改进了可再生的制动系统。这种电动机车可作为城市周围短途出行的交通工具。该制动系统利用了大型电容器所改造的辅助电池,正因为大型电容器能在短时间内存储能量,使得它们比只含电池的制动系统具有更高效率。当我们需要,尤其在突然加速时,能量能够反转来为机车提供能源。该系统是有标准组件的,就像电脑所使用的母版,它使用了独特的电路板,使用者可通过连接附属装置来增加不同的功能。
PRF # 65460 针对休闲式电动车的电子链

全球范围内能源价格的增长重新催生了科学家对一些领域的研究兴趣。能源价格的升高促使科学家和工程师发明能源产生的新方式。交通是能源的主要消耗方式,即使是较小的能源效率提升,也能对整个能源消费模式产生大的影响。电动机车能够改善交通运输中对能源的利用方式。

普渡大学的研究者为休闲式脚踏电动车发明了一种电子链。电动机车可作为短途旅行的出行工具。电动三轮车的脚踏板依赖于一个永久的发动机,来产生变化的直流电压,从而改变踩踏速度。踩踏产生的能量是电动控制的,并且被存储于一个大型电容器中。产生的能量通过节流阀位置的改变而被用来推进机车前进。为进一步提高效率,我们应用了一个可再生的制动系统。该系统的优势是骑车者可以以固定的速率踩踏,来为电容器提供能源,同时通过改变节流阀的位置来控制踩踏车的速度。当踩踏车静止时依然可以踩踏。如果骑行者希望更多的运动,或者电容器坏了,发动机依然可以像传统的机械系统那样由发电机提供能量。
PRF # 64353 北欧两阶段加热泵:北欧气候下,用于水和空气加热的两阶段压缩、经济和基于油处理系统加热泵

相比于南部的温带气候,北欧气候需要更强的取暖系统。传统的加热泵系统是单阶段的和放置于地面的,比如地热和加热泵。相比于多重压缩加热系统,这些传统的加热方法效率较低,但花费较高。

普渡大学的学者改进了一种效率高而花费低的加热系统。该多重加热泵能通过两个独立的阶段实现热量转换。四个操作模式能确保加热泵在给定的环境条件下高效率运行。经设计,内部的空齐圈能适应给定的气候并减少不必要的能量损失。加热系统中的新技术能够较好地利用燃料油。这可确保压缩机在运行时有足够的润滑油,以使其处于可靠状态。该加热系统是为工厂生产设计的,所以易生产和获取。最后,整个系统是封闭的,以便降低运行声音。压缩机的低声音运行可使居民不仅享受舒适的室内气候,同时身处安静的气氛中。
PRF # 65935 生物墙控制平台,以降低室内空气污染物,并促进能源节约

紧密密封的建筑物有遭受恶劣空气质量的倾向,特别是二氧化碳和挥发性有机化合物(VOCs)。当前室内空气质量差的解决方案是室外通风稀释,传统上利用约20%的室外通风。加热或冷却这些室外空气的成本占建筑物能源消耗总量的10-20%。生物过滤系统的应用有可能显著降低能源消耗。

“生物墙”是植物园的空气过滤系统,采用放置于垂直墙壁上的植物去除来自紧密密封建筑物的化学品。来自建筑物的返回空气通过活植物墙,其有害化学物质由改墙上的植物去除。过滤后的空气在建筑物内通过中央供暖和制冷系统再循环。证据表明,利用生物墙及5%室外空气通风,可以提供与20%室外空气通风相同的空气质量。由此,生物墙有可能减少能源消耗达15%。除了改善空气质量和节约能源,生物墙提供了一个平静的氛围,以及将自然带进室内的审美情趣。

普渡大学的研究人员已经开发出一种新型的除湿系统和自定义控制策略,有效地将生物墙整合至HVAC(供暖,通风和空调)系统。这些改进提升了生物墙的概念,使其更有效和更市场化
PRF# 64581 新鲜空气窗口: 改善空气质量和节能

目前窗口在提供改善空气质量(IAQ)的技术上是有限的。让气流在当前的气流设计的窗户是低效的,并且被限制在一个单一的空气流动路径。本发明是一种更有效的窗户,提高空气质量和节能,通过双向流动路径达到排出房间内质量较差的空气和流入新鲜的室外空气。一年四季,为了加热或者制冷房间,节约能源,适当的调节流入室内的空气。在改善空气质量和节约能源的效果下,相对于安装在房屋和建筑物的当今窗口,降低了加热和制冷经营成本,提高系统效率。

PRF # 64939 新型的综合气化-热解过程

这项技术提出了一种利用水热解生物体产生液态烃的工艺。为了产生生物油,在合成气下(以减少氧气量的存在)处理生物体。通过煤的气化提供包含一氧化碳和氢气的合成气。

PRF # 64940 在来自无碳能源的氢气下通过裂解生物体产生液态烃的新工艺

目前交通运输部门几乎完全依赖于液态烃作为其能量来源有很好的理由。众多原因之一是汽油的能量密度高,远远超过提出的替代物如氢气或电池。此外,液烃燃料具有有效的和已经到位的分销基础设施。来自生物质的液烃产品能够解决运输部门排放二氧化碳的问题,因为在生物体生长过程中捕获汽车尾气释放的二氧化碳。

普渡大学的研究人员已经发明了一种用于生物体的快速裂解过程。该过程将来自无碳的氢气送入流化床反应器。在反应器中氢气与生物体混合。由于氢气的添加,此混合产生相对于正常状态下含有更少的氧原子的生物体。之后将混合物输送至分离器去除碳,将其生物油燃烧为系统产生热量。将生物油进一步处理以产生碳氢化合物,之后将其冷却成液态烃。除了传统生物油的优势,氢气生物油还大大增加了能量密度,同时与传统碳氢燃料分布保留兼容性,是一个对于绿色运输燃料关注的真正的碳中性解决方案。
PRF # 65352 液压系统集成高压共轨能源回收系统

由普渡大学的研究人员开发得一种新的液压系统拓扑结构可以提高效率,可靠性和性能。流体动力系统可以达到从被系统中其他的电阻负载立即使用的辅助执行机构负载中或者备用的存储于高压共轨蓄电池中回收能量。

此液压系统,任何驱动器的任何端口可以通过高压共轨连接到其他任何的驱动器。介于此,系统控制器可以智能地控制每一个阀门,从驱动器中恢复最大可能的能量。这种方式的阀门网络配置,使液压系统操作起来具有多层次的负荷传感,位移控制,独立计量,能源回收及能源存储(如若添加蓄能器)的特点。这些操作模式可以共存,取决于哪种组合对于一个给定的应用和负载周期提供最佳的整体效率和效力。该系统包括在组件发生故障时重启路由电源的能力,从而提高了可靠性和为了安全地完成所需的任务绕过故障组件的能力。
领域:
  • 机械工程
优势:
  • 更有效的利用液压能源
  • 捕获在以往将流失的能量
  • 绕过故障组件的能力,仍旧运行
PRF # 65061 协同得整合天然气改造生物体快速水热解法

在普渡大学的研究者已经建立了一种通过水热解法从生物体内产生液烃的方法。在此方法中,使用各种各样的生物体来源,液烃(生物油)产生于快速的水热解过程。理想状态下,该方法的停留时间为2秒。水热解所需的氢气由源自天然气改造过程的合成气提供。

这个发明可以使液烃的产量提高1.6倍,并且相对于现有方法有更高的能量效率。当前的方法设计可以显著地缩小工厂规模,从而产生低成本,高效率的液烃产品。

领域:

  • 化学工程
优势:
  • 相对于现有方法有更好的产量
  • 更低的成本,更高的效率