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普林斯顿大学新闻

艰难、及时、团队驱动:50年的能源研究

普林斯顿大学对环境问题的重要研究在今天和将来都将是解决人类一些最棘手问题的关键。我们的影响力建立在长期、深入、广泛的个人奉献、智慧领导、坚持不懈和创新的基础之上。本文是普林斯顿大学过去半个世纪在环境方面卓越成就系列的一部分。

卢岳琳(Lynn Loo)清醒的那一刻,是她坐在普林斯顿大学(Princeton University)梅德霍尔礼堂(Maeder Hall Auditorium)的一张长长的木制会议桌前。安德林格能源与环境中心的主任主持了一个会议,与会的有普林斯顿大学一位著名的政治科学家、心理学家、经济学家和受人尊敬的工程学同事。他们都在讨论一个巨大的问题:如何在为世界提供能源的同时减少温室气体的排放。

Yueh-Lin (Lynn) Loo

Yueh-Lin (Lynn)厕所

“我的脖子后面起了鸡皮疙瘩,”陆说,他是78年西奥多拉·d和74年威廉·沃尔顿三世的工程学教授和化学与生物工程学教授。

卢说:“我看到这么多专家坐在会议桌前,其中很多人以前从未从事过能源方面的工作,这让我明白,我们已经建立了一个整体比单个部分更强大的项目。”

这一场景发生在2019年6月的“快速转换”首届研讨会上,这是一个由Andlinger中心牵头的国际研究合作项目。它的重点是在全球范围内逐个地区、逐个部门加速脱碳努力。

能源和环境研究的线索

1969年,在梅德霍尔会议召开的50年前,剑桥大学正在打造一项类似的新合作。从凯霍加河大火到圣巴巴拉油井井喷,能源和环境问题的浪潮正在美国逼近。大学正在努力应对。

普林斯顿大学校长Robert F. Goheen了解到一位年轻的物理学家,他是耶鲁大学的助理教授,对环境问题充满热情。这位教授刚刚出版了一本书《耐心的地球》(Patient Earth),希望从抽象的物理学领域转向能够更直接地保护地球的研究。罗伯特·索科洛(Robert Socolow)被招募来建立一个关于能源和环境的多学科研究项目,这是该大学的第一个此类项目。

“普林斯顿的录取令我无比兴奋;建立一个跨学科的中心正是我想做的,”Socolow说,他现在是机械和航空航天工程的名誉教授。能源与环境研究中心(CEES)于1971年在工程与应用科学学院正式成立,由罗伯特·扬(Robert Jahn)担任院长。埃尔文·格拉斯曼(Irvin Glassman)曾是机械和航空航天工程的教授,在担任CEES主任期间,他让该中心成为了校园的焦点。

Robert Williams

罗伯特·威廉姆斯

索科洛说,该校对当时环境问题的反应“异常强烈”。他说,其他常春藤盟校并不打算投资一位具有环保使命的终身教职人员。

在30年的时间里,CEES响应了国家问题,提供了有意义的、及时的研究。

CEES能源系统分析集团的创始人、名誉退休的高级研究科学家罗伯特·威廉姆斯和公共和国际事务教授、名誉退休的高级研究物理学家弗兰克·冯·希佩尔领导着新兴的研究领域——能源系统和能源安全。1973年石油危机后,随着人们对保护和核能的兴趣日益浓厚,研究人员就核安全提出了建议,并论证了发电厂热电联产的经济和环境效益。

该中心的研究为《公用事业管理政策法案》(PURPA)的通过铺平了道路,该法案促进了能源节约,解除了对电力行业的管制,有利于电力生产商之间的竞争。与巴西、印度和欧洲的顶级研究人员密切合作,该中心的研究范围从发展建筑物的能源使用研究,到评估汽车工业的能源使用和燃料效率,再到全球可持续发展。1993年,威廉姆斯和冯·希普尔被授予麦克阿瑟“天才”奖。这是第一次有两名来自同一学院的学者同时获得这一荣誉。

太阳的能量

Steven Cowley

Steven Cowley

在同一时期,普林斯顿大学成为核聚变领域的领军人物,核聚变是为包括太阳在内的恒星提供能量的来源。1951年,普林斯顿的天体物理学家莱曼·斯皮策与原子能委员会会面,并提出了一种地球上可控核聚变的方法。由于意识到核聚变可以成为一种取之不尽的能源,委员会批准了这个项目。在1958年解密后,这个项目成为了普林斯顿等离子物理实验室,一个由普林斯顿大学管理的美国国家实验室。

“普林斯顿大学一直是世界领先的。普林斯顿等离子体物理实验室是核聚变领域最著名的实验室,自1958年解密以来一直如此。”

PPPL是世界上第一个生产大量聚变能源的公司,1994年在核心聚变温度为2.5亿摄氏度的情况下产生了1000万瓦的能量。 

今天核聚变能源的吸引力在于,它可以成为一种几乎无限的无碳能源,通过使能源系统摆脱对石油、煤炭和天然气的依赖,帮助美国和世界降低碳足迹。PPPL目前正在努力制定战略,为本世纪下半叶核聚变商业化奠定基础,同时合作建设世界上最先进的核聚变反应堆——国际热核实验反应堆(International thermonnuclear Experimental reactor,简称ITER),该反应堆正在法国建设中。

气候的年龄

20世纪末,科学家们对环境问题的关注转移到了另一个问题上:二氧化碳。对化石燃料是否会用完、是否负担得起、核事故、空气和水污染的担忧,逐渐被温室效应对全球气候的担忧所取代。

“我们开始明白,人类的日常活动可能会淹没地球,”索科洛说。

Robert Socolow

罗伯特·索科洛

能源系统分析小组的罗伯特·威廉姆斯认识到,二氧化碳可以从发电厂的烟道中去除并储存起来,而不是释放到大气中。地质学家发现地下有足够的地质储存,环保主义者认为这是比海洋储存更安全的选择。威廉姆斯和索科洛引起了英国石油公司的注意,该公司正在寻求学术界在这一领域的支持。他们与弗雷德里克·d·皮特里生态与进化生物学教授斯蒂芬·帕卡拉(Stephen Pacala)合作,他们向英国石油公司(BP)提交的建议书被斯坦福大学(Stanford)和麻省理工学院(MIT)淘汰。

“普林斯顿很少有人认为我们能打败斯坦福和麻省理工,”索科洛说。“但我们表现的是着眼于整个环境问题,而不是着眼于其中的狭窄部分。”

英国石油公司将数百万美元的拨款授予普林斯顿大学,该校在2000年建立了碳减排计划(CMI),作为普林斯顿环境研究所的一部分。时至今日,CMI的研究重点是推进大气、海洋、陆地和冰的生物地球化学过程的测量和建模,以及能源技术和集成,以解决碳和气候变化问题。

一项新的运动

2007年,政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布了第四次评估报告,报告提出了围绕气候变化的科学共识,并指出人类活动是气候变化的原因。

对艾米丽·卡特(Emily Carter)来说,这是政府间气候变化专门委员会的报告第一次明确让她相信人类正在对气候产生深远的影响。卡特当时是普林斯顿大学(Princeton)机械和航空航天工程、应用和计算数学教授。当时,作为一名化学和物理学家的卡特将她的整个研究项目转向了可持续能源。卡特在接受“她咆哮”播客采访时表示,卡特决定对她的工作非常认真,并确保她所写的每一笔拨款都是“利用我的专业知识,让我们摆脱化石燃料,致力于可持续能源技术”。

与此同时,大学的领导层认识到,有必要加倍努力,为解决能源和气候等紧迫问题做出有意义的贡献,就像十多年前在哈罗德t夏皮罗校长领导下,普林斯顿环境研究所(Princeton Environmental Institute)在环境方面所做的那样。

Emily Carter

艾米丽·a·卡特

该校的校长、名誉退休的雪莉m蒂尔曼(Shirley M. Tilghman)说,她知道学校必须采取行动,而且“必须引人注目、意义重大。”

“如果我们是21世纪一所严肃的研究型大学,我们就必须在能源研究领域拥有强大的影响力,”Tilghman说。他同时也是分子生物学和公共事务的名誉教授。

蒂尔曼在1952届校友格哈德·r·安德林格(Gerhard R. Andlinger)身上找到了她发起一项新活动所需的支持。安德林格是一名商人和慈善家,2008年捐赠了1亿美元,建立了“安德林格能源与环境中心”(Andlinger Center for Energy and the Environment)。它的使命是为能源和环境问题创造解决方案,卡特将是创始理事。

卡特满怀信心地向前迈进,将致力于开发解决方案的泛大学中心的愿景付诸实践,该中心不仅关注工程学,还关注政策和人类行为。她找到了每一个相关部门,通过资助、合作和招聘的方式与中心合作。安德林格中心引进了联合任命的教员,他们致力于研究各种解决方案,从低碳水泥到改进电力传输技术,再到环境决策框架。

当时担任副院长的卢接替了卡特,后者后来成为普林斯顿大学工程学院院长,后来又成为加州大学洛杉矶分校的教务长。作为副主任,Loo创建了该中心的企业伙伴关系项目,普林斯顿E-ffiliates伙伴关系,旨在通过与行业利益相关者接触,推动转型创新,并将技术快速推向市场。

策略性地把重点放在外部参与和高影响力的项目上,并引导研究团体致力于她认为的本世纪实用的、未解之谜。她把能源系统分析小组并入了中心。她要求研究人员找出在世界各地可行和有效的脱碳途径,包括那些仍在为不断增长的人口提供更多能源的地区。

该中心还开发并启动了该大学的第一个高管教育项目,旨在培养决策者批判性和创造性地思考他们在解决环境和气候问题中的角色,并指导他们的组织支持这一工作。在开幕致辞中,参与者在2018年,普林斯顿大学校长克里斯托弗·l·Eisgruber表示,计划,执行与世界经济论坛全球青年领袖的类,充分体现了大学的承诺增加合作,汇集学院和创业领域驱动的影响和进步。该中心继续调查和评估国家、社区和公司在保护环境和减轻气候影响的同时繁荣发展的新方法。

索科洛的倡议为现代环境研究奠定了基础,而在此之前的50年里,以及在安德琳格中心成立10年之后,Loo对安德琳格中心建立的社区以及继续加入该中心的每一个人都感到自豪。

通过快速切换,Loo希望将所有必要的专业集合在一起,扩大全球能源获取,阻止气候变化,建立在该领域合作和行动的强大历史上。没有任何一个研究小组,甚至整个研究机构拥有解决这些复杂挑战的所有专业知识,“但我能做的是把人们聚集在一起,”卢说。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://www.princeton.edu/news/2020/08/21/tough-timely-and-team-driven-50-years-energy-research