Miljømæssig opfindsomhed:Disse kreative forretningsideer sigter mod at være både bæredygtige og succesrige

Forestil dig dette:Ude i det åbne hav, rækker af opdrættet tang, der spænder over et område på størrelse med Mexico. Når først høstet og forarbejdet, denne hurtigt voksende tang ville blive forvandlet til et brændstof, som du kunne pumpe ind i din bil. Ikke mere at stole på fossile brændstoffer, der tager millioner af år at danne - og hvis emissioner til atmosfæren er den største bidragyder til Jordens stigende temperaturer.

Masser af videnskabelige beviser, herunder en nylig rapport fra FN's mellemstatslige panel om klimaændringer - en upolitisk vurdering af 91 videnskabsmænd fra 40 lande - tegner et skarpt billede for økonomien, sundhed og miljø, hvis der ikke tages aggressive skridt til at regere i den globale opvarmning i det næste årti.

For at tackle udfordringen, USC Dornsife-forskere har testet kreative løsninger, fra tang biobrændstof til helt nye energiøkonomier til redesign af affald. Disse løsninger kan være både iværksættere og rentable, skabe innovative forretningsmodeller, der kan give næring til job og en sund økonomi og samtidig redde planeten.

Plantekraft

På USC Wrigley Institute for Environmental Studies' Marine Science Center på Santa Catalina Island ud for Los Angeles' kyst, forskere tester, om tang kan blive et vedvarende brændstof.

Hvorfor tang? Diane Kim, assisterende direktør for særlige projekter ved instituttet, er en del af teamet, der leder forskningen i biobrændstof.

Hun siger, at den almindelige kæmpetang, der findes langs Californiens kyst, er en af ​​de hurtigst voksende organismer på planeten. Kræver et minimum af naturressourcer, den kan vokse en til to fod om dagen under ideelle forhold.

"Toren omtales ofte som en 'sequoia of the sea', fordi den kan blive så massiv - op til 100 til 150 fod i længden, " sagde hun. "Og disse organismer starter ikke meget større end en bakterie."

At vokse, tang kræver sollys og næringsstoffer. Begge er rigeligt i havet, men der er et problem.

"Lys er oppe nær overfladen, og næringsstoffer findes dybere i vandsøjlen, " forklarer Kim. Langs Californiens kyst, opstrømning bringer det vand op til overfladen, derfor findes så store tangskove nær kystlinjen. Men sådan er det ikke i det åbne hav, hvor tang har potentiale til at blive dyrket i meget større skala.

"Dette har potentialet til at transformere energilandskabet, som vi kender det, " sagde Kim.

Med finansiering fra U.S. Department of Energy's Advanced Research Projects Agency on Energy, USC Wrigley Institute forskere, hjulpet af en industripartner, tester en dybdecyklingsstrategi ved hjælp af et pilotskalasystem med tilnavnet "kelp elevator" - en struktur i havet, der bevæger tang op og ned, tage det til overfladen for at absorbere sollys, derefter tilbage til de næringsrige dybder.

Hvis det lykkes, dette system kunne være grundlaget for et selvstændigt netværk af flydende tangfarme, der kunne skaleres op til at producere den mængde tangbiomasse, der er nødvendig for at gøre biobrændstofomkostningerne for makroalger konkurrencedygtige med fossilt brændstof.

I løbet af det næste år eller deromkring, holdet, som inkluderer Kim, John Heidelberg, lektor i biologiske videnskaber og miljøstudier, David Ginsburg, lektor (undervisning) i miljøstudier, og mange bachelor- og kandidatstuderende, vil teste forskellige dybdecyklingsstrategier og varierende arter af makroalger for optimal vækst.

Når de kan demonstrere tangvækst under disse parametre, deres branchepartner, Marine Bioenergi, vil starte kommercialisering. Kemiske ingeniører ved Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory forfiner en proces for at omdanne tangen til biobrændstof i stor skala gennem en proces kaldet hydrotermisk fortætning. Udgangen, de forudser, vil være næsten kulstofneutral.

Foreløbige beregninger tyder på, at hvis deres koncept virker, kelp biobrændstof har potentialet til at opfylde behovene for alt amerikansk transportbrændstof.

"Dette har potentialet til at transformere energilandskabet, som vi kender det, " sagde Kim.

En ny energiøkonomi

USC Wrigley Institutes kelp-biobrændstofprojekt fortsætter en arv fra energiforskning ved USC Dornsife, der strækker sig årtier tilbage.

Gå ind på kontoret for G. K. Surya Prakash, direktør for USC Dornsifes Loker Hydrocarbon Research Institute, og du vil finde spor, som en genial og produktiv videnskabsmand bor i.

En reol beklædt med lærebøger i organisk kemi fra årevis, der har undervist studerende i grundlæggende principper, strækker sig langs hans skrivebord, som er dækket af pæne bunker af videnskabelige artikler på næsten 2 fod høje.

Og hvis man ser godt efter, du finder en række nysgerrige instrumenter, der afslører hans livsværk:en plastikpropel på størrelse med håndfladen, der er fastgjort til en brændselscelle, der kører på methanol; en kogeplade på størrelse med et komfur, også drevet af methanol; og en lille glasflaske fyldt med hvad der ligner pulvervaskemiddel.

Holder flasken op, Prakash, George A. og Judith A. Olah Nobelprisvinder i kulbrintekemi og professor i kemi ved USC Dornsife, forklarer, at det beskedne hvide granulat er et nyt produkt, der bruger teknologi udviklet på instituttet til at hjælpe store bygninger med at styre deres luftkvalitet mere effektivt.

Partiklerne, fremstillet til kommerciel brug af virksomheden enVerid med en licens fra et Loker-patent, absorbere og opfange kuldioxid og andre luftforurenende stoffer.

"Tænk på enhver stor bygning, " siger Prakash. "Tusinder af mennesker indånder ilt og udånder kuldioxid."

Hvis kuldioxidniveauet stiger for højt, folk bliver svimle eller søvnige. Så typisk, bygningsventilationssystemer vil cirkulere i luften udefra hvert par timer for at fjerne kuldioxid og andre forurenende stoffer. Den proces bruger meget energi, Prakash forklarer. Men når granulatet sættes ind i HVAC-systemet, det absorberer lufturenheder og reducerer en bygnings energiforbrug med 20 til 30 procent.

"Det er en måde at udligne kuldioxid på, der er dobbelt, " siger han; Reducer mængden af ​​kuldioxid i en bygnings luftcirkulation, mens du også reducerer kulstofaftrykket af energi, der bruges til at styre luftkvaliteten.

Prakash har brugt fire årtier på USC Dornsife på at tænke på energi – måder at opbevare den på og måder at udnytte den på. Disse instrumenter på hans kontor illustrerer nogle af de praktiske anvendelser af det, der er kendt som methanoløkonomien. det visionære koncept for at skabe vedvarende energikilder, han oprindeligt udviklede sammen med den afdøde USC Dornsife professor i kemi George Olah, en nobelprismodtager og Prakashs tidligere kollega og mentor.

Udgangspunktet er kuldioxid - en naturligt forekommende gas, der er hastigt stigende i vores atmosfære, primært på grund af menneskelige aktiviteter såsom afbrænding af fossile brændstoffer og skovrydning. Metanoløkonomien, en model, hvorved kemi bruges til at fremstille methanol i stedet for fossile brændstoffer til energilagring, brændstof og råvarer, søger at bruge kulstof som løsning.

"Jorden har ikke et energiproblem, " sagde Prakash. "Det, den har, er en energilagring og et energibærerproblem.

"Ideen er, at vi skal tage kuldioxid og omdanne det tilbage til nogle kemiske brændstoffer og råvarer ved hjælp af solens energi, " sagde Prakash.

Methanol fremstilles nemt i et laboratorium, og til relativt lave omkostninger, tilføjer han. Infrastrukturen eksisterer allerede for at tage den i brug som brændstof og råmateriale til at erstatte oliebaserede produkter.

USA har været langsomme til at adoptere teknologien, primært fordi olieselskaberne ikke har det store økonomiske incitament til at skifte til det renere brændende alternativ. Imidlertid, lande som Kina, Island, Israel og Sverige har vedtaget den vedvarende brændstofkilde til forskellige formål, primært til transport. (Et vedvarende metanolproduktionsanlæg drevet af Carbon Recycling International i Reykjavik, Island, bærer Olahs navn.)

Indien overvejer også, hvordan man kan inkorporere methanol som et transportbrændstof samt en madlavningsgas til at erstatte udbredt petroleum, som producerer farlige forurenende stoffer - deraf prototypen af ​​en methanol-fyret komfur på Prakashs skrivebord.

En vindende katalysator for forandring

Zhiyao Lu er postdoc ved Loker Hydrocarbon Research Institute. Inden han fik sin ph.d. i kemi fra USC Dornsife i 2016, han studerede farmaceutiske videnskaber. Men hans interesser begyndte at skifte. Omkring 2010, han begyndte at se rapporter, der viste, at efterhånden som biodieselindustrien ekspanderede og vegetabilsk olie blev brugt i større skala, rå glycerin blev produceret i stigende mængder.

"Mere og mere af det endte som affald eller som et forurenende stof, " sagde Lu. "Jeg indså, at det var et problem, og jeg satte dette mål for mig selv at give mindst én løsning for at gøre situationen bedre."

Han havde som mål at finde en måde at forvandle affaldsmaterialet til noget værdifuldt. Arbejder med USC Dornsife professor i kemi Travis Williams, han udviklede en katalysator, der muliggør en usædvanlig effektiv kemisk omdannelse, der omdanner glycerin til laktat. Normalt afledt af planter, lactate is a valuable natural preservative and antimicrobial agent with a wide range of applications. Most often it is used in cosmetics and soaps.

Lu was interested in commercializing their findings. Williams encouraged him to pursue support to translate their research. Så, Lu applied for the 2018 USC Wrigley Sustainability Prize, which was created by the USC Wrigley Institute to inspire and support the development of entrepreneurial businesses focused on improving the environment. He took home first place along with $7, 000 to help get the business off the ground.

On the heels of that honor, Lu was selected to participate in the National Science Foundation Innovation Corps (I-Corps) program, a seven-week curriculum that supports scientists in bringing their technology to market. Through I-Corps, Lu and Williams met with potential customers, partners and investors to learn the next steps that would take their technology from the lab to a commercial enterprise.

Som resultat, the pair's company, Catapower, will be working with World Energy, a top supplier of biodiesel in the U.S., to co-develop the chemical process into a commercial one. Lige nu, they are building a demonstration of how that would work in their manufacturing plants.

Lu explains that with just a few extra steps and some additional staff, glycerin can easily be converted to lactate as part of each plant's day-to-day operations, using existing equipment.

By Lu's calculations, Catapower's process could lower the overall cost of producing lactate by 60 percent, when compared with the current commercial practice used to manufacture it.

"Our business advisor said once we start producing it, it will be like printing money, " Lu said. "I'm not as optimistic, but I think the profit margin is good enough for us to run a sustainable business."