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BERKELEY LAB FAIT AVANCER SES FENÊTRES ÉCONOMISATRICES D’ÉNERGIE SUR LE MARCHÉ
Les fenêtres représentent 7% de la surface d’un foyer mais peuvent représenter 47% de la perte de chaleur de la maison. Les fenêtres haute performance représentent donc une opportunité significative pour les consommateurs d’être plus confortables, d’économiser de l’argent et d’aider à réduire la demande d’énergie et les émissions de gaz à effet de serre. Berkeley Lab s’associe donc à la Northwest Energy Efficiency Alliance (NEEA), au Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) et à d’autres organisations pour créer le Partnership for Advanced Window Solutions (PAWS), dans le but d’accélérer l’adoption à l’échelle nationale de fenêtres, de fenêtres tempétueuses et de systèmes d’ombrage très efficaces. “La mission principale de Berkeley Lab est davantage axée sur la recherche, mais bien sûr, nous cherchons toujours à apporter la technologie sur le marché”, a déclaré Robert Hart, chercheur en fenêtres à Berkeley Lab. “Dans ce cas, PAWS va s’appuyer sur les bases de la recherche et du développement sur lesquelles nous travaillons depuis 40 ans, mais il va aussi intégrer de nouveaux partenaires plus orientés vers le marché.” Les décennies de recherche sur les fenêtres menées à Berkeley Lab, financées par le Bureau des technologies de construction du ministère de l’énergie et la Commission de l’énergie de Californie, ont conduit à l’utilisation de revêtements à faible émissivité (ou à faible E) dans plus de 80% des fenêtres vendues, ainsi qu’à des produits encore plus efficaces tels que le triple vitrage mince qui vient d’être mis sur le marché par plusieurs grands fabricants américains. L’équipe de Berkeley Lab travaille maintenant avec PAWS et PNNL pour réaliser des démonstrations sur le terrain de fenêtres haute performance et d’accessoires de fenêtres, et pour soutenir les fabricants et les compagnies d’électricité avec de nouvelles analyses, outils et évaluations.
EMPREINTES MICROBIENNES POUR LES VILLES
Les villes animées du monde entier sont composées d’un mélange unique de cultures, de langues, de cuisines et – comme des scientifiques l’ont récemment révélé – de microbes. Près de 1 000 scientifiques du monde entier, dont trois de Berkeley Lab, ont collecté et analysé des échantillons microbiens provenant de stations de transport en commun dans 60 villes du monde entier. Ils ont analysé les guichets, les bancs et les rails pour voir quels micro-organismes minuscules, tels que les bactéries, les virus et les archées, étaient présents. L’équipe a découvert que dans la plupart des villes, les mêmes quatre phyla de bactéries – Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes et Bacteroidota – sont les plus abondants, mais plus intéressant encore, ils ont découvert que chaque endroit a également son propre ensemble distinct de microbes. Nikos Kyrpides, responsable du groupe de science des données sur le microbiome du DOE Joint Genome Institute (JGI), ainsi que Russell Neches, chercheur postdoctoral, et David Paez-Espino, chercheur scientifique, ont utilisé une base de données extensive du JGI pour étudier les virus détectés dans les échantillons. Les scientifiques du JGI ont pris les près de 5 000 échantillons de génomes viraux collectés par le consortium de scientifiques impliqués dans ce travail, connu sous le nom de MetaSUB, et les ont comparés à la base de données. Neches et Kyrpides ont ensuite entrepris de cartographier la diversité et la distribution mondiale des virus. “L’intégration de toutes ces données dans une seule base de données est une ressource clé pour la communauté scientifique, qui fournit un point de référence pour comparer les virus identifiés dans de nouveaux échantillons”, a déclaré Kyrpides. En plus de cartographier les signatures microbiennes, les scientifiques ont découvert plus de 10 000 nouveaux virus et bactéries, ce qui laisse entrevoir l’immense monde des microbes qui reste à comprendre. Les responsables de la santé publique peuvent désormais utiliser ces cartes microbiennes pour suivre les niveaux de virus et de bactéries au fil du temps. “C’est comme un recensement”, a déclaré Neches. “Cela peut indiquer où les ressources de santé publique peuvent être les mieux allouées pour nous tous.”
LES SCIENTIFIQUES DÉCOUVRENT COMMENT LA PERTE D’OXYGÈNE RÉDUIT LA TENSION D’UNE BATTERIE AU LITHIUM-ION
Les batteries lithium-ion fonctionnent comme une chaise à bascule, faisant circuler les ions lithium entre deux électrodes qui stockent temporairement la charge. Idéalement, seuls les ions devraient se déplacer à l’intérieur des milliards de nanoparticules qui composent chaque électrode. Cependant, les chercheurs savent depuis un certain temps que les atomes d’oxygène s’échappent des particules lorsque le lithium se déplace. Les détails ont été difficiles à déterminer car les signaux de ces fuites sont trop faibles pour être mesurés directement. Maintenant, dans une étude publiée dans Nature Energy, une équipe de recherche co-dirigée par le SLAC National Accelerator Laboratory, l’Université de Stanford et Berkeley Lab a mesuré ce processus avec un niveau de détail sans précédent, montrant comment les trous laissés par les atomes d’oxygène qui s’échappent modifient la structure et la chimie de l’électrode et réduisent progressivement sa capacité de stockage d’énergie. À l’aide de COSMIC, un instrument à rayons X polyvalent de l’Advanced Light Source de Berkeley Lab (ALS), l’équipe de recherche a scanné des échantillons de nanoparticules d’électrode, créant des images haute résolution et examinant la composition chimique de chaque petit point. Ces informations ont été combinées à une technique de calcul appelée ptychographie pour révéler des détails nanométriques, mesurés dans des millièmes de millimètre. Au Stanford Synchrotron Lightsource du SLAC, l’équipe a envoyé des rayons X à travers des électrodes entières pour confirmer que ce qu’ils voyaient au niveau nanométrique était également vrai à une échelle beaucoup plus grande. Comparant les résultats expérimentaux avec les modèles informatiques de la façon dont la perte d’oxygène pourrait se produire, l’équipe a conclu qu’un premier afflux d’oxygène s’échappe des surfaces des particules, suivi d’un filet très lent de l’intérieur. Là où les nanoparticules se sont agglomérées pour former des grumeaux plus importants, celles près du centre du grumeau ont perdu moins d’oxygène que celles près de la surface. Les résultats contredisent certaines des hypothèses que les scientifiques avaient faites sur ce processus et pourraient suggérer de nouvelles façons de concevoir les électrodes pour l’empêcher. “Auparavant, les chercheurs n’avaient pas accès aux échelles de longueur nécessaires pour étudier la libération d’oxygène dans les batteries, de la particule primaire à l’électrode. Les capacités de COSMIC à atteindre une résolution spatiale de quelques nanomètres avec une spécificité chimique sur un large champ nous ont permis, pour la première fois, d’étudier l’influence de la microstructure sur ce phénomène”, a déclaré David Shapiro, co-auteur principal de l’étude et scientifique principal responsable des expériences de microscopie de COSMIC. Shapiro dirige également le programme de microscopie de l’ALS.
LES SCIENTIFIQUES DÉCOUVRENT UN ASPECT DIFFÉRENT DE LA CHIMIE DES PILES À COMBUSTIBLE
Les piles à combustible à oxyde solide (SOFC) sont une technologie prometteuse pour convertir proprement l’énergie chimique en énergie électrique. Mais leur efficacité dépend de la vitesse à laquelle les solides et les gaz interagissent à la surface des électrodes des dispositifs. Ainsi, pour explorer des moyens d’améliorer l’efficacité des SOFC, une équipe internationale menée par des chercheurs de Berkeley Lab a étudié un matériau d’électrode modèle d’une nouvelle manière – en exposant une facette différente de sa structure cristalline à l’oxygène gazeux à des pressions et des températures de fonctionnement. “Nous avons commencé par nous poser des questions comme, est-il possible d’obtenir des vitesses de réaction différentes à partir du même matériau, simplement en changeant la surface avec laquelle l’oxygène réagit ?” a déclaré Lane Martin, chercheur à Berkeley Lab. “Nous voulions examiner comment la configuration atomique de surfaces spécifiques de ces matériaux peut faire la différence en ce qui concerne la réaction avec le gaz d’oxygène.” Des films minces d’un matériau d’électrode commun des SOFC, le ferrite de cobalt de lanthane strontium (LSCF), ont été synthétisés afin d’exposer une surface orientée le long d’un plan cristallographique diagonal. Des mesures électrochimiques sur cette surface atypique ont permis d’obtenir des
