南加州大学化学家创建更环保的研究实验室
南加州大学为提高可持续性所做的努力已经渗透到大学公园和健康科学校区的几乎每个角落——包括化学实验室。
在南加州大学多恩西夫文理学院，化学教授杰西卡·帕尔和特拉维斯·威廉姆斯最近实施了一些技术，使他们各自的研究实验室更加环保，推进了大学的优先事项和他们学科的最佳实践。
1998 年，美国化学学会制定了12 条绿色化学原则，其中包括设计更安全的化学品、提高能源效率和预防污染等措施。
USC Dornsife 的 Jessica Parr 和 Travis Williams 已经实施了一些技术，使他们各自的研究实验室更加环保。(照片/由 Jessica Parr 和 Travis Williams 提供)帕尔说，化学界也强调正确处理废物。在南加州大学，这包括简单的做法，例如为南加州大学环境健康和安全正确标记废物以确保正确处置。
“我认为整个社区都认为这是我们的责任，我们有责任弄清楚如何解决问题以及如何扭转局面，并表明作为一个整体，我们对环境感兴趣，”帕尔说。
例如，帕尔的新生实验室在实验中几乎不再使用汞，包括更换旧的水银温度计。同样，在产生可以倒入下水道的水或盐的实验中，指导学生使用废物容器来存放产品。
“如果我们及早向学生介绍这些实践，当他们继续进行其他实验室体验时，他们希望能够保留其中的一些想法和可持续的过程，”她说。
更换设备以提高能源效率
在过去的 50 年中，诸如从本生灯或任何其他明火转换为电热板等努力在化学领域已变得很普遍，因为该领域已试图摆脱使用化石燃料，主要是为了安全。威廉姆斯说，下一个挑战是实验室如何总体上减少能源的使用。热板可能不会成为实验室中最大的能源消耗者，但 X 射线机是绝对的竞争者。
在可持续性方面，为衍射和断层扫描等生成 X 射线是一项非常耗能的活动。当机器消耗如此多的能量时，冷却器必须运行以防止它们过热，从而消耗更多的能量。
这就是为什么威廉姆斯的实验室在安东堡基金会和国家科学基金会的帮助下，为化学系的 X 射线实验室引进了一台新机器，大大减少了能源使用。
化学系 X 射线实验室的新衍射仪只使用它所取代机器的一小部分电力。(南加州大学照片/格雷森施密特)“我们升级到了一种新的微焦点衍射仪，它不仅是一种更好的科学仪器，而且只消耗了一小部分电力，”威廉姆斯说。“然后我们在窗户上放了一些百叶窗，以防止太阳热量进入，现在我们的用电量几乎减少了一半。”
该方法称为 X 射线晶体学，用于从晶体中获得三维分子结构。通过这项技术，任何晶体中原子的位置都可以通过从 X 射线束中观察晶体的衍射图案来精确映射。
化学的核心实验室拥有三台不同尺寸的 X 射线机。威廉姆斯称其为“野兽”的最大机器在 11 月被替换为消耗一小部分能源的更新型号。旧机器的最大运行功率约为 16 千瓦 (kW)，而新机器的最大运行功率约为 7 千瓦。如果新机器连续运行一个小时，则最多为 7 千瓦时 (kWh)，尽管威廉姆斯通常测量使用量约为 5 或 6 千瓦时。
就产生的热量而言，旧机器每小时产生约 24,000 英热单位 (Btus);新机器每小时仅产生 8,500 Btus。从这个角度来看，冷却 24,000 Btus 所需的空调装置与冷却四居室公寓所需的装置相同。
“这不像一个搅拌盘，你可以节省几个安培，”威廉姆斯说。“我们可以淘汰两台空调，因为我们使用的电力和产生的热量少了很多。”
绿色化学、可持续性和未来之路
今年早些时候，5 月一个阳光明媚的星期天下午 3 点左右，加利福尼亚州首次使用 100% 可再生能源。尽管时间相对较短，但威廉姆斯表示，这一时刻令人瞩目，是朝着正确方向迈出的一步。
“我们亲吻了从加利福尼亚出口绿色电力的交叉点，这让我重新思考我的研究方向，朝着我们在后稀缺电力市场的新生活方向发展，”威廉姆斯说。“我们应该脱盐吗?我们如何制造?在这个新世界中，我们如何为飞机、火车和汽车提供燃料?”
Parr 知道，没有万能的技术可以解决我们面临的主要问题，但她说，所有领域的人们的微小变化都会产生最大的影响。
“与气候变化类似，我不确定我们是否有灵丹妙药，”她说。“但我认为每个人总能比他们现在做的更好一点。”
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