可持续性:德州大学达拉斯校区的研究人员正在开发新的技术和战略来应对可持续性挑战.

——作者:斯蒂芬·方特诺特和阿曼达·齐格弗里德

 

拥抱可持续发展是beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store战略计划的一个组成部分. 最小化大学环境足迹的承诺可以在整个校园的资源保护中看到, 堆肥, 爱护自然环境,循环利用.

达拉斯德州大学的研究企业还致力于推进可持续实践和开发技术,致力于环境管理和地球及其居民的健康. 超越了beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store熟悉的“减少”, 再利用和再循环, 多学科的教师正在探索多样化, 创新的想法,同时鼓励学生成为创造性的问题解决者.

beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store所做的事情不仅仅是为了写期刊文章. 它是通过帮助政策制定者和利益相关者根据最新的科学做出决定来参与能够产生影响的科学,”医生说。. 大卫Hyndman, 他是自然科学与数学学院院长,也是一名研究地球水循环动力学的水文地质学家.

自2021年加入教职以来, 他和研究与创新办公室的同事们组织了研讨会,让UTD的研究人员可以聚在一起讨论他们与可持续性相关的项目.

beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store需要把科技进步与科学结合起来, 工程, 公共政策, 社会学和其他学科,以解决实际情况,并检查过去和潜在的未来选择的有形经济成果,他说.

可持续性是指能源的稳定和公平分配, 食物和水资源.

“可持续发展包括许多不同的组成部分,它们必须共同努力,这样今天的人类才能拥有稳定的食物供应, 水和能源来支持不断增长的人口,海因德曼说. “考虑beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store如何维持生态系统也很重要, 是beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store历史活动的结果, 真的有问题吗.”

从水和土地使用管理到节能建筑, 从食物浪费解决方案到利用可再生资源的新方法, 以下是德州大学达拉斯分校研究人员帮助确保可持续未来的一些方式的快照.

Dr. 大卫Hyndman
Dr. 大卫Hyndman

水消失

全球气温上升导致地球上许多地区变得更加干旱. 将气候变化与用水增加相结合, 淡水供应正走向危机, 美国西部22年的特大干旱就是例证.S.

海因德曼也是弗朗西斯. 和Maurine G. 约翰逊大学杰出教授, 研究水是如何进入地下并与土壤和岩石相互作用的, 以及人类活动如何影响水循环. 超过25年了, 他的研究得到了国家科学基金会(NSF)的资助。, 美国国家航空航天局, 美国.S. 农业部(USDA)和其他机构.

海因德曼说,在大多数存在大规模灌溉农业的地区, 可用的水供应正在急剧减少. 地下水的开采速度远远快于蓄水层的补给速度.

“例如, 以科罗拉多河为例, 这个地区的许多地区, 包括亚利桑那州中部, 是否在使用不可持续的水量, 水库水位的严重下降表明了这一点,他说. “高平原含水层, 从南达科他州到德克萨斯州北部, 抽取了太多的地下水,以至于有些地区无法灌溉庄稼. 这将以更大的规模发生.”

淡水主要以地下水、水库和积雪的形式储存在环境中. 但随着全球气温上升和降水变得更加不稳定,积雪量急剧减少.

“干旱最重要的驱动因素是温度升高和降水变化,海因德曼说. “气候变化的第二个影响是不那么频繁,但更强烈的暴雨. 这意味着更少的雨水可以渗入储存地下水的含水层. 与此同时,由于干旱,植物需要更多的水.”

海因德曼说,高分辨率卫星图像, 结合人工智能, 能否跟踪景观变化并帮助科学家和决策者了解局部和区域尺度上多种因素的影响. 例如, 在加州中央山谷增加太阳能电池板的使用有助于可再生能源,同时也减少了需要灌溉的土地数量. 监测植物的冠层密度可以帮助预测蒸发和蒸腾速率, 哪种方法可以帮助预测水循环的变化.

“如果beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store的模型包含了所有这些信息,就能准确地描述变化是如何发生的,海因德曼说, 它们可以提供更好地管理资源的方法.

“研究可以找到一种方法来缓解一些问题——beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store如何灌溉以及beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store从哪里取水. 但是要把新的水源送到大平原并不容易. beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store需要跳出思维定式,用科学的方法为可持续发展的政策提供信息.”

Dr. 安东尼·卡明斯在马库什社区工作
Dr. 安东尼·卡明斯前往圭亚那向马库什土著社区学习.
约翰·萨德勒,克里斯蒂娜·林,保利娜·赫鲁斯科奇,丹尼尔·萨莫拉和尼古拉斯·波特
与卡明斯一起访问圭亚那的五名达拉斯德州学生是(从前到后):约翰·萨德勒, 克里斯蒂娜林, Paulina Hruskoci, 丹尼尔·萨莫拉和尼古拉斯·波特.

土地的教训

在追求可持续性的过程中,Dr. 安东尼·卡明斯回到了他的起源,以获得对人类有益的见解.

卡明斯, 经济学院地理空间信息科学副教授, 政治与政策科学, 他在南美洲圭亚那的加勒比海沿岸长大. 2021年夏天, 他和五名达拉斯德州大学的学生在那里花了两周时间向马库什土著社区学习.

“土著人民拥有beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store需要了解的技能和历史,”卡明斯说. “beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store必须与他们合作,以帮助其他社会更好地理解如何改善与地球的关系的方式利用自然.”

卡明斯的研究——最近由美国国家科学基金会教师早期职业发展计划(Career)资助——把他带到了遥远的内陆地区鲁普努尼, 它与巴西亚马逊雨林接壤. 那里的居民依靠森林和稀树草原维持生计. 鲁普努尼人猎取藏在他们农场里的动物,并通过代代相传的方法与动植物保持着密切的联系.

“长期以来,这方面的知识被认为不如科学知识有价值,卡明斯说. “beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store必须欣赏它,并将西方的科学知识与他们的做事方式相协调.”

使用无人机, 卡明斯调查了该地区土地利用的变化,以及这些变化如何影响生物多样性和生态系统. 通过分析本地, 影响土地利用的区域和全球因素, 他希望这项研究可以帮助决策者制定可持续的全球经济政策.

卡明斯说,居住在这片土地上的土著居民是不断变化的降水和温度趋势的敏锐观察者, 并且非常关注气候变化.

“不管你身处哪种文化,农民都是这个星球上最聪明的人之一,他说. “与农民交谈,你很快就会意识到他们知道发生了什么. 如果你向他们解释你的技术可以如何帮助他们,他们很可能会买账.”

卡明斯认为,热带地区的土著居民将适应并生存下来, 即使面对西方不愿接受土著社会运作方式的情况.

“就因为你坐在达拉斯, 不要以为你喝了什么, 你吃什么, 你的通勤方式不会影响别人吗,他说. “beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store所做的每一个决定都会对地球上其他地方的某些人产生影响. beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store之间的联系比beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store想象的要紧密得多.

“如果beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store不了解人类如何塑造他们的环境,以及beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store需要采取的行动,让他们继续在他们已经占据了几个世纪的空间中共存,beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store就无法拥有一个可持续发展的地球。. 土地利用和土地覆盖的变化, 被远离鲁普努尼的力量所驱使, 会损害生态系统保持人类幸福和健康的能力吗. 那不是beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store想要生活的世界.”

Dr. 多罗斯Honhon
Dr. 多罗斯Honhon

消除食物浪费

而可持续的农业实践可以帮助改善负责任的粮食生产, 食物浪费仍然是一个令人震惊的问题.

根据联合国的说法, 世界上大约14%的粮食(每年价值4000亿美元)在收获后损失掉了, 在它到达零售店之前. 另外的17%被零售和消费者浪费了. 据估计,这些食物加起来可以养活1个人.每年有260亿人挨饿.

避免食物浪费不仅仅是清理你的盘子.

Dr. 多罗斯Honhon, 纳文·金达尔管理学院运营管理教授, 研究食品在供应链的每个环节中未被使用的各种方式.

“对不同产品产生浪费的地方进行细分,有助于研究人员开始确定如何帮助供应链中的合作伙伴减少食物浪费,”她说。.

周期的每个阶段都是不完美的. 而水果和蔬菜在商店货架上被浪费得最多, 乳制品在分销阶段和消费者阶段都过期了.

“许多预先包装好的商品在供应链中的移动非常缓慢, 在仓库里待上几周或几个月, 然后又去了配送中心,Honhon说. “当它们到达商店时,它们的保质期已经很短了.”

Honhon的研究正在帮助制定特定产品的供应链规则,以最大限度地减少损失.

beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store强调先入先入, 先出原则——你总是想把最老的单位移到下一个阶段,”她说。. “这听起来很明显, 但这种做法在仓库层面并不常见,因为员工会抓起箱子装上卡车.”

在最后一个阶段,最大的障碍是教育消费者“最佳食用日期”或“最佳食用日期”是什么意思. Honhon说, 婴儿配方奶粉和易腐食品除外, 食用超过包装日期的产品没有风险.

“它可能非常安全. 这是关于最佳口味——这就是制造商选择枣的方式,”她说. “美国农业部建议,如果冰箱里的东西已经超过了最佳食用日期, open it; smell it; taste it. 如果好吃,就吃.”

在COVID-19大流行的最初几个月,食物浪费是一个特别的问题, 这暴露了供应链的低效率.

“本来可以重新利用的产品被浪费了,”洪洪说. “当学校关闭时,由于企业未能转移重心,原本供应给学校的乳制品就丢失了, 重新包装并重新分发到杂货店. 当餐馆关门时,供应给他们的肉也被浪费了. beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store根本没有为这种规模的破坏做好准备.”

洪洪说,每个人都可以尽自己的一份力量,在购物前仔细计划膳食,吃剩饭.

“试着让冰箱决定你吃什么,而不是让冰箱决定你吃什么,”她说. “在家也是先到先出.”

Dr. 崔爽(辛西娅)
Dr. 崔爽(Cynthia)拿着热敏水凝胶.

很酷的能源

根据美国.S. 美国能源部(DOE), 屋宇界别, 包括住宅及商业楼宇, 占美国的40%.S. 一次能源使用和相关的温室气体排放. 大部分能源都被低效的加热和冷却浪费了.

beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store必须开发节能建筑技术和实践,以减少能源消耗,”医生说。. 崔爽(辛西娅), 埃里克·琼森工程与计算机科学学院机械工程助理教授,在2021年加入达拉斯德州大学之前,他曾是国家可再生能源实验室(NREL)的研究员.

崔教授正在研究如何将水凝胶——一种吸收和保留水分的材料——用于更有效的建筑热管理.

水凝胶存在于日常用品中,如隐形眼镜、尿布和伤口敷料. 崔研究的是受温度变化影响的热响应性水凝胶. 低于临界温度,这些水凝胶吸收水分并膨胀. 高于临界温度, 这些材料通过蒸发释放水分, 产生一种类似于汗水冷却身体的冷却效果.

“水凝胶是环保的, 高吸水性聚合物被称为“固体水”——按重量计算,它们含有90%以上的水,可以在保持固体表面的同时吸收大量的水,崔说.

她正在研究调整水凝胶功能的方法,这样它们就可以作为耐用和可重复使用的“出汗皮肤”,在不使用电力的情况下为建筑物降温. 在一天最热的时候, 屋顶上的水凝胶涂层可以散热, 导致建筑物表面温度的降低, 这反过来又会减少空调所需的能源.

作为加州大学的研究生, 圣地亚哥, Cui展示了非热响应性水凝胶的冷却性能,通过仅在一次水化/蒸发循环后将木制房屋模型的屋顶表面温度降低25至30度长达7小时.

热响应水凝胶也可以“调谐”到建筑物中,用于湿度控制或额外的热能储存, 允许在不同气候条件下节能控制室内温度和湿度.

崔说,通过改变水凝胶的化学性质,水凝胶可以用于许多其他用途. 去年秋天,她收到了2美元.美国能源部拨款300万美元用于开发热敏水凝胶,这种水凝胶可以在生产过程中更有效地干燥纸张和其他材料. 目前的方法依赖于通过蒸发将纸张中的水转化为蒸汽, 这需要大量的能量. 在与她的达拉斯德州大学的同事博士合作. 卢宏兵,机械工程教授,路易斯·比彻尔博士学位持有人. 椅子, 以及西密歇根大学的研究人员, 奥本大学和NREL, Cui正在开发聚合物, 而不是, 能从纸上吸收水分,然后以液体的形式释放出来,而不是将其转化为蒸汽.


Karen Paola Cortés-Guzmán和Dr. 罗恩Smaldone

可持续制造

达拉斯德州大学的研究人员正在调查潜在的可持续生产实践, 比如3D打印.

Dr. 罗恩Smaldone, 化学与生物化学副教授, 他的实验室成员正在开发可回收材料, 用于3D打印的生物基材料.

“大多数3d打印材料都是由化石燃料制成的塑料. 它们的碳足迹高,使用寿命有限, 因此,beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store需要可再生能源替代品,凯伦·保拉Cortés-Guzmán说, 化学博士生.

他们目前工作的基础是香兰素, 哪一种可以从香草豆中提取或从木质素中提取, 哪个是造纸工业的生物废物副产品. 香兰素的化学结构允许它以不同的方式被操纵,从而产生不同的功能.

这项研究发表在杂志上 ACS可持续化学 & 工程, Cortés-Guzmán和smalldone合成了五种不同的香草素配方,并使用数字光投影3d打印了各种物品. 由此产生的“打印输出”显示出广泛的机械性能.

“这些起始材料是液体, 所以它们与基于光的3D打印机兼容,Cortés-Guzmán说. “此外,因为beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store使用了香草醛,它们闻起来很香.”

与大多数传统塑料不同,通过加热,这种材料还可以自我修复.

“如果传统塑料有划痕或裂缝, 它可能会失败, 你得把它扔掉,Cortés-Guzmán说. “beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store的材料有更长的使用寿命,使它们远离垃圾填埋场.”

示范物料的循环再造, 研究人员将它们磨碎,并将它们置于高温高压下. 由此产生的材料能够被重塑,这是许多印刷塑料无法做到的.

beat365手机版官网排行榜(位于英国和澳门凼仔成立于2001年)- 非常时期澳门电子游戏体育竞技游-huawei App Store还没有做过重新打印回收材料的实验, 但这是下一步, 探索化学回收或升级回收成另一种产品,Cortés-Guzmán说.

斯莫尔多恩说,3D打印本身有可能发展成为一种绿色技术,因为物品可以按需打印, 减少储存和运输所需的资源.

“现在3D打印中使用的几乎所有材料都是传统塑料. 这就是为什么凯伦的工作如此重要,”斯莫尔多恩说. “3d打印这些生物基材料的能力使它们从绿色聚合物的小众好奇变成了迈向真正绿色制造的下一步.”

Cortés-Guzmán被介绍到UTD和斯莫顿在2018年夏天,当她参加德州达拉斯-墨西哥夏季研究计划, 哪个项目会将教员导师与来自墨西哥的本科生配对. 她后来获得了ConTex的博士奖学金, 为在德州大学攻读博士学位的墨西哥学生提供资助.

她说:“我爱上了这项研究,我知道我想来UTD做研究生工作。. “化学通常与对环境的负面影响有关. 作为一名科学家, 我希望能够用化学来做一些从长远来看对环境有益的事情.”

由生物基材料制成的3d打印树
一件3d打印的物品. 罗恩·斯莫尔顿的实验室用生物基材料.