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La Iniciativa de Energía del MIT (MITEI) recientemente otorgó siete subvenciones de aproximadamente $ 1 millón como parte de su programa de fondos semilla, que apoya la investigación innovadora sobre energía innovadora en el MIT a través de Un proceso de competencia anual.
"El apoyo a la investigación básica siempre ha sido una parte central de la misión de MITEI de transformar y descarbonizar los sistemas de energía globales", dijo Robert C. Armstrong, director de MITEI, profesor de ingeniería química en Chevron. "Los proyectos financiados este año destacan solo unos pocos ejemplos de las muchas formas en que las personas que trabajan en el sector energético estudian temas vitales para crear un mundo mejor".
Los proyectos recientemente premiados se centrarán en temas como el desarrollo de estrategias efectivas de reciclaje de plástico, la mejora de la estabilidad de las baterías de flujo de energía de halógeno metálico de alta energía y la eficiencia energética. aumento de la eficiencia potencial de las células solares de silicio para acelerar la adopción de la energía fotovoltaica. Los galardonados incluyen miembros de la facultad de energía establecidos y otros nuevos participantes en el campo de la energía, de disciplinas como la economía aplicada, la ingeniería química, la biología. y otras areas.
Políticas de respuesta a la demanda e incentivos para la adopción de la eficiencia energética
La mayor parte del crecimiento energético actual ocurre en los países en desarrollo. Los profesores Namrata Kala y Christopher Knittel, ambos especializados en economía aplicada en MIT Sloan School of Management, utilizarán su subvención para examinar las palancas de políticas clave para satisfacer la demanda de electricidad y el crecimiento de las energías renovables sin comprometer la fiabilidad del sistema en los países en desarrollo.
Kala y Knittel planean diseñar y llevar a cabo un ensayo de control aleatorio en Nueva Delhi, India, en colaboración con una gran compañía eléctrica india. "Evaluaremos la disposición de las empresas a inscribirse en servicios que reduzcan el consumo máximo y promuevan la eficiencia energética", dice Kala, profesor de gestión profesional, W. Maurice Young (1961). "Estimar los costos y beneficios de estos servicios, así como su distribución entre clientes y proveedores de electricidad, puede informar políticas que promuevan la eficiencia energética de una manera rentable".
Conversión efectiva de metano en metanol
El metano, el componente principal del gas natural, se ha convertido en una parte cada vez más importante de la cartera energética mundial. Sin embargo, la inercia química del metano y la falta de métodos efectivos para convertir esta carga de carbono en combustibles líquidos han limitado considerablemente su aplicación. Yang Shao-Horn, W.M. Keck, profesor de energía en los departamentos de ingeniería mecánica y ciencia e ingeniería de materiales, está tratando de resolver este problema utilizando su subvención de capital inicial. Shao-Horn y Shuai Yuan, becarios postdoctorales en el Laboratorio de Investigación Electrónica, se centrarán en lograr una conversión de gas-líquido eficiente y rentable utilizando estructuras organometálicas (MOF) como electrocatalizadores.
Los procesos actuales para activar y convertir metano generalmente se llevan a cabo mediante una reforma de vapor costosa y de alto consumo de energía a alta temperatura y presión. El objetivo de Shao-Horn y Yuan es diseñar electrocatalizadores eficientes basados en MOF que permitan que el proceso de conversión de metano en metanol avance a temperatura y presión ambiente.
"Si tiene éxito, este concepto electroquímico de gas y líquido podría dar como resultado una solución modular, eficiente y rentable que se puede implementar tanto en instalaciones industriales a gran escala como en campos petroleros remotos, para aumentar la eficiencia energética de los electroquímicos de gas y líquido". utilidad de reservas de gas geográficamente aisladas. ", Dijo Shao-Horn.
Utilice el aprendizaje automático para resolver el "acertijo zeolítico"
El campo de la energía está repleto de oportunidades de aprendizaje automático para acelerar el progreso hacia soluciones energéticas innovadoras. Rafael Gómez-Bombarelli, profesor asistente de procesamiento de materiales de Toyota en el Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería de Materiales, recibió una subvención para un proyecto que combinará aprendizaje automático y simulación para acelerar el ciclo de descubrimiento de zeolita.
Las zeolitas son materiales con diversas aplicaciones industriales como catalizadores y tamices moleculares debido a su alta estabilidad y nanoporos selectivos que pueden confinar moléculas pequeñas. A pesar de décadas de abundante investigación, solo se han hecho 248 estructuras de zeolita en millones de posibles estructuras propuestas por computadora, el llamado misterio zeolítico.
El problema, señala Gómez-Bombarelli, es que el descubrimiento de estos nuevos marcos se basa principalmente en prueba y error en el laboratorio, un enfoque lento y engorroso.
En su trabajo sobre las subvenciones iniciales, Gómez-Bombarelli y su equipo utilizarán la teoría para acelerar este proceso. "Utilizando el aprendizaje automático y las simulaciones basadas en principios básicos, diseñaremos moléculas pequeñas que puedan anclarse en poros específicos y dirigir la formación de estructuras específicas", dice Gómez Bombarelli. "Este enfoque de TI acelerará la creación de nuevos resultados de síntesis para las zeolitas".
Reciclado efectivo de plásticos
El profesor Anthony Sinskey del Departamento de Biología, el Profesor Gregory Stephanopoulos del Departamento de Ingeniería Química y la estudiante de posgrado en Biología Linda Zhong se han unido para abordar los desafíos ambientales y económicos que plantea el tereftalato de polietileno (PET). ). El PET, uno de los plásticos más sintetizados, tiene una tasa de degradación extremadamente baja y su producción depende en gran medida de las materias primas del petróleo.
"Debido a los enormes impactos negativos de los productos de PET, se deben diseñar estrategias de reciclaje efectivas para reducir las pérdidas económicas y los impactos ambientales negativos asociados con las prácticas de un solo uso", dice Sinskey.
"El PET es esencialmente un polímero orgánico de ácido tereftálico y etilenglicol, que pueden ser metabolizados por bacterias en forma de energía y nutrientes. Estas habilidades existen en la naturaleza, pero no juntas ", dice Zhong. "Nuestro objetivo es integrar estas vías metabólicas en E. coli permitir que la bacteria crezca en PET. Usando ingeniería genética, introduciremos las enzimas que degradan el PET en E. coli y finalmente transferirlos a organizaciones de biorremediación. "
El objetivo a largo plazo del proyecto es desarrollar un bioproceso para el reciclaje de PET de circuito cerrado, que reducirá el volumen de productos de PET desechados, así como el consumo de petróleo y energía para la síntesis. PET
La principal motivación de los investigadores para llevar a cabo este proyecto se hace eco del objetivo general de MITEI para el programa de fondos semilla: ampliar los límites de la investigación y la innovación para resolver los desafíos mundiales de energía y clima. Zhong dijo: "Creemos que esta investigación es extremadamente necesaria porque nuestro mundo está inundado de desechos plásticos. Solo estamos tratando de resolver una pequeña parte del problema global, pero debemos intentarlo cuando gran parte de lo que nos importa depende de ello. "
El programa de capital inicial de MITEI ha otorgado nuevas subvenciones cada año desde su inicio en 2008. La financiación de estas subvenciones proviene principalmente de los miembros fundadores y fundadores de MITEI, así como de generosas donaciones de donantes. Hasta la fecha, MITEI ha apoyado 177 proyectos con subvenciones por un total de aproximadamente $ 23.6 millones.
Los beneficiarios de las subvenciones del Fondo Semilla MITEI para 2019 son:
- "Desarrollo y creación de prototipos de baterías de flujo de halógeno metálico estables y seguras con alta densidad de energía y potencia" – Martin Bazant de los Departamentos de Ingeniería Química y Matemáticas y T. Alan Hatton del Departamento de Ingeniería Química;
- "Células solares de silicio sensibilizadas por la fisión de excitones" – Marc Baldo, del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática;
- "Diseño automático de agentes de estructura para nuevas zeolitas alcanzables" – Rafael Góme – Bombarelli del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales;
- "Respuesta a la demanda, eficiencia energética y decisiones firmes" – Namrata Kala y Christopher Knittel de la Sloan School of Management;
- "Conversión directa de metano en metanol por electrocatalizadores basados en MOF" – Yang Shao – departamentos de Horn de ingeniería mecánica y ciencia e ingeniería de materiales;
- "Biodegradabilidad de los plásticos para el reciclaje efectivo y la biorremediación" – Anthony Sinskey del Departamento de Biología y Gregory Stephanopoulos del Departamento de Ingeniería Química; y
- "Dopaje químico asimétrico para la reducción fotocatalítica de CO2" – Michael Strano del Departamento de Ingeniería Química.
