日期:[2023年05月31日]
-- 智慧生活报 --
版次:[A13]
探秘重点实验室 每一个都暗藏黑科技
听各种科普讲座，认识最精密的实验仪器，了解科研尖端的发展趋势……5月20日至31日，在全国科技活动周期间，我省多家重点实验室免费向公众开放。广大科学爱好者走进这些重点实验室，学到了科普知识，发现了实验奥秘，了解了科技对经济社会发展的巨大贡献。
省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室：
加入氢气煤炭也能变石油
■实验室介绍：
省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室组建于1985年，1997年批准为首批山西省重点实验室，2003年批准为教育部重点实验室，2010年批准组建省部共建国家重点实验室培育基地，2021年1月12日科技部正式批准建设省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室。实验室主要围绕煤、煤伴生物、煤衍生物的高效洁净转化、煤基含氧燃料及化学品合成、煤转化工程中的节能减排和能源战略问题等开展研究。
你知道煤炭如何清洁高效利用吗？5月27日，来自太原市的50余位中小学生，在太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室，了解关于煤炭的一些前沿科学知识。“富煤、缺油、少气，是我国化石能源的资源储藏情况。我省作为煤炭大省，每年都会承担全国大部分能源供应。但在‘双碳’背景下，煤炭的清洁高效利用，已经迫在眉睫。”工作人员（杜朕屹教授）介绍，要了解煤炭的清洁利用方式，首先就要了解煤，然后依据煤的结构特点和性质对煤进行分质、分级资源化利用。“通过研究，我们发现了煤热解挥发物与自由基反应规律。根据此规律，实现了煤由固体向液体、气体乃至化学品的转变。”比如煤炭变石油。也许有人会觉得不可思议，一个是固态，一个是液态，更何况煤和油（石油）具有不同的化学成分和结构，怎么能说变就变呢？事实上，煤炭和石油都属于化石燃料，都是复杂的混合物，主要成分为有机化合物。既然同属于一个大家族，那么它们必然会有一定的“基因”联系，即煤与石油都是由碳、氢、氧等元素为主组成的天然有机矿物燃料。
对于煤炭来说，碳、氢、氧三种元素大约占95%以上。其中，碳的含量居多，且随煤化程度的不断加深而逐渐增加。如泥炭中碳的含量为50%—60%，褐煤中为60%—77%，烟煤中为74%—92%，而无烟煤中则为90%—98%。氢在煤炭中的含量很低，一般在5%左右。氧在煤炭中的含量差别很大，在无烟煤中的含量仅为3%左右，而在褐煤中的含量高达20%左右。石油的主要组成成分为碳和氢化合而成的烃类物质。组成石油的化学元素主要是碳（83%—87%）、氢（11%—14%），氧的含量很低，大约为0.08%—1.82%。可以看出，虽然组成成分大致相同，但碳、氢、氧元素在二者中的含量并不相同。而造成煤炭和石油有如此差异的，是氢碳比。
那么该如何将煤炭变成石油呢？首先，要把煤的大分子裂解为较小的分子，然后通过增加氢原子或减少碳原子的方法来提高氢碳比，使煤炭中的氢碳比达到石油的水平，这样煤就可以转化为石油了。“也就是说，将煤放入高温、高压的环境，再加入氢气，就可以实现煤炭向石油的转变。”工作人员介绍。
煤的清洁高效利用，可不止这一种方式。煤在形成的过程中，会产生煤层气，俗称“瓦斯”。由于它燃烧后几乎不会产生污染物，因此是一种清洁能源。同时，它还富含氦气。氦气作为国家战略资源，目前主要依靠进口。要从煤层气中分离氦气，需要用到的氦气分离膜，也主要依靠进口。“研究人员开发了氦气膜等气体分离膜，打破了国外长期技术垄断。与中科皖能、金祥源科技合作开发了膜法-变压吸附氨气分离提取工艺，并在我省煤层气氨气提取及中科皖能场地提取氨气中得到推广应用。”
轨道交通牵引电机山西省重点实验室：
动车车厢能自己跑 三叶风轮性能最佳
■实验室介绍：
轨道交通牵引电机山西省重点实验室聚焦牵引电机全寿命可靠性设计及评估、复杂工况轴承应用、变频牵引电机绝缘等研究方向，开展永磁电机、高速电机、新型网络控制、变频一体机等应用基础研究。先后与太原理工大学、西安交通大学等高校开展国内、国际科技合作,推进了一批高校科研平台延伸基地和科技成果转化基地项目建设。
你知道高铁为什么跑得这么快吗？你见过真正的大风车吗？近日，30余名中小学生参观了轨道交通牵引电机山西省重点实验室，走进高铁、风车的“心脏”——研发制造基地，了解高铁和风车的秘密。
火车跑得快，全靠车头带。火车是由一个车头牵引十几到几十节车厢运行的。车头就像“班主任”，一节节车厢就像班里的同学。“车头这么辛苦啊。”讲解员的一句话，让同学们笑了起来。
那什么是动车？孩子们通过一个视频短片了解到，动车就是把动力装置分散安装在每节车厢，使其既具有牵引力，又可以载客。
知道了动车是什么远远不够，还必须知道什么是动车组。
动车组就是几节自带动力的车厢和几节不带动力的车厢编成一组。带动力的车厢叫动车组，不带动力的车厢叫拖车组。一般情况下，我们乘坐的普通列车是依靠机车牵引的，车厢本身并不具有动力，是一种动力集中技术。而采用了“动车组”的列车，车厢本身也具有动力，运行的时候，不光是机车带动，车厢也会“自己跑”，这样把动力分散，更能达到高速的效果。
讲解员说，更神奇的是，动车组在列车两端都有驾驶室，列车掉头时无须把原来的驾驶室从原车头一端脱钩后再移到另一端挂钩，这样就大大加快运转的速度，而且，动车组可以很轻松地组合成长短不同的列车。还有一些地方的动车组会先组合成一列动车，到中途的车站再拆分成几辆不同的动车，分别开向不同的目的地。
接下来，同学们到了风车参观区。“同学们，你们见过真正的‘大风车’吗？”“草原上的‘大风车’是怎么转起来的？”面对讲解员的提问，孩子们都连连摇头。“风能变成电其实很简单。”讲解员说，电风扇插上电就能转，这就是把电能转换成了让风扇旋转的动能。风车是把电风扇的原理反过来。风吹动发电机的叶片，使叶片转动，叶片带动发电机把风能又转化成电能。
随后，讲解员带着同学们参观了小型风车旁。“风力发电所需要的装置叫风力发电机组，包括风轮、发电机和铁塔三部分。”讲解员介绍，风轮由几只叶片组成，当风吹来时，叶片驱动风轮转动，把动能转变为机械能，再通过发电机把机械能转变为电能。铁塔是支撑风轮和发电机的构架。
不知大家有没有发现，许多风力发电机都是三个叶片组成的，这是为什么呢？科学家们做了多次的实验发现，与两叶风轮相比，三叶风轮运转时的平衡性更好。与多叶风轮相比，三叶风轮的轮叶自重较轻、叶片长度较长。所以，不论从性能方面还是从风能利用率方面来看，三叶风轮都是最佳选择。
（下转14版）
省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室：
加入氢气煤炭也能变石油
■实验室介绍：
省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室组建于1985年，1997年批准为首批山西省重点实验室，2003年批准为教育部重点实验室，2010年批准组建省部共建国家重点实验室培育基地，2021年1月12日科技部正式批准建设省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室。实验室主要围绕煤、煤伴生物、煤衍生物的高效洁净转化、煤基含氧燃料及化学品合成、煤转化工程中的节能减排和能源战略问题等开展研究。
你知道煤炭如何清洁高效利用吗？5月27日，来自太原市的50余位中小学生，在太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室，了解关于煤炭的一些前沿科学知识。“富煤、缺油、少气，是我国化石能源的资源储藏情况。我省作为煤炭大省，每年都会承担全国大部分能源供应。但在‘双碳’背景下，煤炭的清洁高效利用，已经迫在眉睫。”工作人员（杜朕屹教授）介绍，要了解煤炭的清洁利用方式，首先就要了解煤，然后依据煤的结构特点和性质对煤进行分质、分级资源化利用。“通过研究，我们发现了煤热解挥发物与自由基反应规律。根据此规律，实现了煤由固体向液体、气体乃至化学品的转变。”比如煤炭变石油。也许有人会觉得不可思议，一个是固态，一个是液态，更何况煤和油（石油）具有不同的化学成分和结构，怎么能说变就变呢？事实上，煤炭和石油都属于化石燃料，都是复杂的混合物，主要成分为有机化合物。既然同属于一个大家族，那么它们必然会有一定的“基因”联系，即煤与石油都是由碳、氢、氧等元素为主组成的天然有机矿物燃料。
对于煤炭来说，碳、氢、氧三种元素大约占95%以上。其中，碳的含量居多，且随煤化程度的不断加深而逐渐增加。如泥炭中碳的含量为50%—60%，褐煤中为60%—77%，烟煤中为74%—92%，而无烟煤中则为90%—98%。氢在煤炭中的含量很低，一般在5%左右。氧在煤炭中的含量差别很大，在无烟煤中的含量仅为3%左右，而在褐煤中的含量高达20%左右。石油的主要组成成分为碳和氢化合而成的烃类物质。组成石油的化学元素主要是碳（83%—87%）、氢（11%—14%），氧的含量很低，大约为0.08%—1.82%。可以看出，虽然组成成分大致相同，但碳、氢、氧元素在二者中的含量并不相同。而造成煤炭和石油有如此差异的，是氢碳比。
那么该如何将煤炭变成石油呢？首先，要把煤的大分子裂解为较小的分子，然后通过增加氢原子或减少碳原子的方法来提高氢碳比，使煤炭中的氢碳比达到石油的水平，这样煤就可以转化为石油了。“也就是说，将煤放入高温、高压的环境，再加入氢气，就可以实现煤炭向石油的转变。”工作人员介绍。
煤的清洁高效利用，可不止这一种方式。煤在形成的过程中，会产生煤层气，俗称“瓦斯”。由于它燃烧后几乎不会产生污染物，因此是一种清洁能源。同时，它还富含氦气。氦气作为国家战略资源，目前主要依靠进口。要从煤层气中分离氦气，需要用到的氦气分离膜，也主要依靠进口。“研究人员开发了氦气膜等气体分离膜，打破了国外长期技术垄断。与中科皖能、金祥源科技合作开发了膜法-变压吸附氨气分离提取工艺，并在我省煤层气氨气提取及中科皖能场地提取氨气中得到推广应用。”
轨道交通牵引电机山西省重点实验室：
动车车厢能自己跑 三叶风轮性能最佳
■实验室介绍：
轨道交通牵引电机山西省重点实验室聚焦牵引电机全寿命可靠性设计及评估、复杂工况轴承应用、变频牵引电机绝缘等研究方向，开展永磁电机、高速电机、新型网络控制、变频一体机等应用基础研究。先后与太原理工大学、西安交通大学等高校开展国内、国际科技合作,推进了一批高校科研平台延伸基地和科技成果转化基地项目建设。
你知道高铁为什么跑得这么快吗？你见过真正的大风车吗？近日，30余名中小学生参观了轨道交通牵引电机山西省重点实验室，走进高铁、风车的“心脏”——研发制造基地，了解高铁和风车的秘密。
火车跑得快，全靠车头带。火车是由一个车头牵引十几到几十节车厢运行的。车头就像“班主任”，一节节车厢就像班里的同学。“车头这么辛苦啊。”讲解员的一句话，让同学们笑了起来。
那什么是动车？孩子们通过一个视频短片了解到，动车就是把动力装置分散安装在每节车厢，使其既具有牵引力，又可以载客。
知道了动车是什么远远不够，还必须知道什么是动车组。
动车组就是几节自带动力的车厢和几节不带动力的车厢编成一组。带动力的车厢叫动车组，不带动力的车厢叫拖车组。一般情况下，我们乘坐的普通列车是依靠机车牵引的，车厢本身并不具有动力，是一种动力集中技术。而采用了“动车组”的列车，车厢本身也具有动力，运行的时候，不光是机车带动，车厢也会“自己跑”，这样把动力分散，更能达到高速的效果。
讲解员说，更神奇的是，动车组在列车两端都有驾驶室，列车掉头时无须把原来的驾驶室从原车头一端脱钩后再移到另一端挂钩，这样就大大加快运转的速度，而且，动车组可以很轻松地组合成长短不同的列车。还有一些地方的动车组会先组合成一列动车，到中途的车站再拆分成几辆不同的动车，分别开向不同的目的地。
接下来，同学们到了风车参观区。“同学们，你们见过真正的‘大风车’吗？”“草原上的‘大风车’是怎么转起来的？”面对讲解员的提问，孩子们都连连摇头。“风能变成电其实很简单。”讲解员说，电风扇插上电就能转，这就是把电能转换成了让风扇旋转的动能。风车是把电风扇的原理反过来。风吹动发电机的叶片，使叶片转动，叶片带动发电机把风能又转化成电能。
随后，讲解员带着同学们参观了小型风车旁。“风力发电所需要的装置叫风力发电机组，包括风轮、发电机和铁塔三部分。”讲解员介绍，风轮由几只叶片组成，当风吹来时，叶片驱动风轮转动，把动能转变为机械能，再通过发电机把机械能转变为电能。铁塔是支撑风轮和发电机的构架。
不知大家有没有发现，许多风力发电机都是三个叶片组成的，这是为什么呢？科学家们做了多次的实验发现，与两叶风轮相比，三叶风轮运转时的平衡性更好。与多叶风轮相比，三叶风轮的轮叶自重较轻、叶片长度较长。所以，不论从性能方面还是从风能利用率方面来看，三叶风轮都是最佳选择。
（下转14版）
