如果我们能从植物中提取工业所需的所有化学品,世界将变得更加绿色。这些所谓的农用化学品通常是可生物降解的,且毒性远低于从石油(石化产品)中提取的化学品,并且是可再生的,这意味着我们永远不会耗尽。不幸的是,农用化学品的生产成本太高。
阿贡国家实验室的化学工程师 Rathin Datta 在降低一种农用化学品的成本方面取得了一小步。乳酸酯,由玉米淀粉或糖制成的溶剂,可以广泛用于半导体芯片制造、油漆剥离以及回收纸张的脱墨,以及家用清洁剂和脱脂剂中,如果研究人员能找到一种方法使其成本低于目前每磅 1.60 至 2 美元的价格。问题在于,制造乳酸酯的传统工艺效率非常低下,主要是因为它们缺乏有效的方法来分离副产品并阻止它们干扰反应。
然后 Datta 听说了“渗透汽化”膜,这种膜可以用来分离小分子化学品和大分子化学品。经过两年的实验,他发现使用这些膜,他可以有效地从富含乳酸铵的玉米淀粉发酵液中提取他的农用化学品。使用热量和催化剂,他首先将混合物分解成氨和乳酸。他的发酵液中已存在的乙醇随后与乳酸反应生成乳酸酯。在此过程中,膜允许水和氨副产品逸出,但将其他活性成分保留在室中。
阿贡已将该技术授权给位于伊利诺伊州 Mt. Prospect 的技术投资公司 ntec,该公司与几家工业合作伙伴一起正在开发这项技术。“我们希望在 1999 年底前上线一个小规模工厂,”Datta 说。如果一切顺利,他相信他们届时可以将乳酸酯的价格降至每磅 1 美元或更低。以这个价格,基于乳酸酯的溶剂可以替代美国每年使用的 380 万吨溶剂中的 80%。
最终入围者
飞轮备份Active Power 的 CleanSource创新者:Joe Pinkerton
飞轮作为电池并非新事物。将圆盘安装在光滑、几乎无摩擦的轴承上高速旋转,在需要时从中汲取能量并不难。然而,尽管飞轮本身很简单,但到目前为止,飞轮的成本太高,无法取代传统的铅酸电池。Joe Pinkerton 制造了一种名为 CleanSource 的产品,他声称其成本足以满足需要应急备用电源的办公室、医院和小机构的需求。大多数从事飞轮电池研究的公司都将目标定在卫星、汽车和其他对重量要求苛刻的应用上,但德克萨斯州奥斯汀 Active Power 公司首席执行官 Pinkerton 采取了不同的方法。“飞轮非常适合在短时间内提供高功率,”他说,因此在 1995 年底,他开始制造一种用于电气“故障保护”的飞轮装置。芯片制造商等企业通常使用成组的铅酸电池来平滑电网的微小波动,并在停电时提供发电机启动所需的约 15 秒的电力。Pinkerton 指出,对于这个市场来说,重量不是问题,成本才是,而铅酸电池很便宜。Pinkerton 摒弃了竞争对手使用的超轻、超强、超昂贵的复合材料,转而采用低技术含量的钢材和老式的巧妙工程。由于钢是磁性材料,Pinkerton 使其同时充当电机和发电机——它是设备中唯一的活动部件。真空外壳在保护飞轮和传导磁场方面起着双重作用。通过最小化零件数量并使用铜和钢等非稀有材料,Pinkerton 制造了一台精益高效的飞轮机器。他说,这对环境来说要好得多,而且由于它可以使用 20 年,而不是铅酸电池的 5 年,因此从长远来看,其运营成本也会更低。该产品于去年 9 月发布。“我们已经每周发货几套系统了,”Pinkerton 报告说。
Tabula RasaImagex Technologies 的办公纸张解印机创新者:Sushil Bhatia
五年前,当 Sushil Bhatia 开始与当地一个回收委员会合作时,他了解到激光打印机和复印机使用的碳粉非常难以去除。因此,每年有数百万吨的废弃办公用纸最终被填埋。“处理所有这些纸张垃圾一定有更好的方法,”他想。
马萨诸塞州 Framingham Imagex Technologies 公司总裁 Bhatia 进行了一些研究。他发现,复印机和激光打印机的困难在于“碳粉因工艺中的高温和高压而深深地嵌入纸张中”。相比之下,报纸油墨大部分留在表面,这就是为什么它会蹭到手上,但使报纸更容易回收。因此,Bhatia 和一个研究团队发现了一种化学物质,可以断开碳粉与纸张之间的结合。在演示中,Bhatia 将一张纸放在加热的表面上,用一种含有秘密化学物质的乳状液体刷在纸上,几秒钟后,他将印刷的文字刷掉了。Imagex 目前正在建造一款“解印机”原型,虽然它看起来很像一台复印机,但它的工作原理是相反的:将打印好的纸张放入,几秒钟后,就会出来一张崭新、空白的纸。
到 1997 年 9 月,Bhatia 已经掌握了如何去除 15 种不同复印机以及投影胶片上的纸张。他设想他的办公纸张解印机主要将在大公司中使用。通过解印并重复使用白纸而不是将其丢弃,一个大办公室理论上可以节省 70% 或更多的纸张成本。此外,Bhatia 说,对于担心被剪碎的文件可能会被重新拼凑起来的安全意识强的人来说,个人解印机可能非常有吸引力。先解印再销毁,它们将彻底消失。
杀虫灯橡树岭国家实验室的芯片上的小生物创新者:Michael Simpson
两年前,Michael Simpson 正在制造集成电路——也就是芯片——内置了光传感器。然后,他在橡树岭国家实验室的同事 Gary Sayler 提到,他已经对细菌进行了基因工程改造,使其在暴露于某些污染物时会发光。“我立刻就想到了,”Simpson 回忆道,“我们需要将这两件事结合起来,并制造出一个仪器。”
到 1997 年 1 月,Simpson 通过将一滴含有 Sayler 细菌的水放在硅芯片顶部的载玻片上,初步实现了生命与非生命的粗糙结合。当暴露于萘(航空燃料的成分)时,细菌发出蓝绿色光,芯片发出信号报告该化学物质的存在。Simpson 将这项发明称为“芯片上的小生物”。现在 Simpson 正试图让这些小生物存活一个月或更长时间。他希望将它们冷冻干燥,以便可以储存并按需复苏——只需加水即可。他还在收集经过改造以检测一系列化学物质的细菌。
Simpson 相信这些芯片将有助于寻找石油、发现新药物和控制工业污染。他设想研究人员最终能够在清理现场散布数百个这样的芯片,它们将检测各种污染物的水平并通过内置发射器报告这些水平。
吸汞太平洋西北国家实验室的用于汞去除的介孔二氧化硅创新者:Xiangdong Feng
多年来,研究人员一直非常接近于找到一种有效的方法来从污染水中去除汞。一种有前景的方法是使用可以捕获流经的汞的长分子。问题是,即使您设法将许多这些分子锚定在某种普通材料(如硅)上,使它们肩并肩地排列,像郁郁葱葱的地毯一样,它们仍然无法捕获足够的汞使该方法有效。它奏效了,但速度慢且成本高。
1996 年底,华盛顿州里奇兰太平洋西北国家实验室的 Xiangdong Feng 在思考介孔二氧化硅的性质时找到了解决方案——一种像海绵一样的岩石,由与沙子相同的物质组成,布满了微小的孔洞或孔隙,形成微小的隧道。特别是,他想到即使是很小的材料体积也存在巨大的表面积——一个五克重的鹅卵石内部就有一个真实的足球场。“我想,‘为什么我们不结合这些东西呢?’”
在接下来的几个月里,Feng 和他的同事们试验了用精心设计的分子地毯涂覆介孔二氧化硅孔隙的技术。Feng 说,通过让水通过这种材料的颗粒进行过滤,他已经在测试中成功地从水中去除了汞。他表示,最终,应该可以使汞含量降低到十亿分之几(而目前的技术是十亿分之几),并且速度更快。此外,Feng 说他的发明可以从受污染的水中去除几乎任何污染物或重金属:“人们说我应该辞掉我的本职工作去挖金子。”














