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World File Search System工厂设计
用于人类健康和生物制药工程的基因组规模代谢模型
摘要在过去15年中，基因组规模代谢模型（GEM）已被重建针对人类和模型动物，例如小鼠和大鼠，以系统地了解代谢，模拟多细胞或多组织相互作用，了解人类疾病，并了解人类疾病，并指导生物药物蛋白质生产的细胞工厂设计。在这里，我们描述了如何使用化学计量矩阵和通量模拟的良好定义约束来表示代谢网络。然后，我们回顾了对Homo Sapiens和其他相关动物的定量理解的GEM Develment的历史以及它们的应用。我们描述了模型如何从h开发。智慧到其他动物，从通用目的到精确的上下文 - 特定模拟。动物宝石的进步极大地扩展了我们对人类和相关动物代谢的系统性理解。我们讨论了关于宝石开发的困难和观点，以及将更多的生物学过程和OMIC数据整合到未来的研究和翻译中。我们真正希望这篇评论能够激发为其他哺乳动物生物开发的新模型，并生成新算法，以整合大数据以进行更多的深度分析，以进一步取得人类健康和生物制药工程的进展。
大规模生产的工厂和物料流程设计
桌面纤维挤出设备 (FrED) 主要用于学习智能制造和反馈控制系统。作为教育套件，FrED 设计紧凑、安全、低成本，同时提供功能丰富的数据。然而，目前 FrED 的成本仍然太高，因此需要进一步设计和开发以降低成本，使个人学习者能够负担得起。FrED 开发的一部分是建立一个 FrED 工厂进行大规模生产，以便为线下和线上课程提供实物套件。本论文根据收集到的用户需求提出了一种工厂设计，其中包括办公室和生产区，以有效支持大规模生产。通过了解和执行每个组件所需的所有制造流程和物流的时间研究，设计和建模了物料流和生产线。还对零件制造过程进行了调度，以最大限度地缩短总生产时间。根据提出的生产线建模，一台 FrED 和五台 FrED 的生产时间预计分别为 1 天 5 分钟和 1 天 163.75 分钟。这项关于 FrED 生产的初步研究可用于估计更大批量生产所需的产量，并进一步改进制造工艺以减少所需的生产时间，从而提高未来大规模生产的吞吐率。
实现可持续 DT 聚变能燃料循环的技术开发和材料研究
第一代商用聚变能工厂的设计采用氘-氚 (DT) 燃料循环。燃料成分氚是一种半衰期为 12.3 年的放射性氢同位素，而氘是一种稳定的天然水成分，两者在 DT 等离子体中“燃烧”。为了实现持续、高效的商用聚变能工厂设计，需要在氚生产（整体增殖和提取）工艺和工程系统以及氚作为气体的处理（包括同位素分离和杂质去除处理）方面取得技术进步。工艺建模和核算方法的改进将有助于降低在制品氚库存，从而提高工厂效率并满足任何将要制定的安全、环境损害和不扩散法规。作为美国氚和轻同位素科学与技术以及国防任务工程处理系统的领先实验室，萨凡纳河国家实验室正在利用其在氢气处理、同位素分离和净化技术方面的能力，设计/建造托卡马克排气处理 (TEP) 系统，这是 ITER 中使用的 DT 燃料循环的主要处理系统。这些任务中使用的能力和经验被应用于与美国能源部合作的公私合作伙伴关系中，以开发可持续的 DT 燃料循环设计，以促进美国聚变能的商业化
瓦莱坎垃圾运输车加氢站电转氢系统规模及调度优化
摘要 . 本研究旨在实施一个优化模型，该模型用于连接重型车辆加油站的制氢设施，用于废物管理和运输领域。该模型由两个连续的混合整数线性规划问题组成。第一个问题解决车辆加油计划问题，第二个问题解决工厂设计和运营问题。该模型的输出是工厂的设计和运行参数以及车辆加油计划，以实现氢气的最低平准成本。研究了电力供应的不同可能性：电网电力、太阳能光伏和水力发电。最有利可图的选择是安装 10 MW 太阳能光伏场，连接 3.3 MW 电解器和 3700 kg 储存器。由此产生的氢气平准成本为 10.24 欧元/千克。如果不考虑售电收入，从电网购买电力成为最具成本效益的选择。这种情况下，电解器和储氢器的大小分别为 760 kW 和 405 kg，氢气的平准化成本为 13.75 欧元/kg。对后一种情况进行的敏感性分析表明，最合理的输入参数是电解器单位消耗和电力成本。还进行了统计分析，考虑了随机故障分布，获得了电解器容量为 700-800 kW 和氢气储氢器大小为 1300-1400 kg 的最佳值。考虑到目前的电价和没有补贴，氢气在能源市场的渗透成本仍然很高。
美国电力驱动连续氨生产成本的地区差异
摘要：成本效益高的低碳氨生产对于现有用途的脱碳必不可少，但也可以实现其他难以电气化的终端用途的脱碳，例如航运，其中能源密度是一个关键标准。本文，我们评估了 2030 年工业规模产量（250 吨/天）氨生产（95% 可用性）的平准化成本，这些产量来自整合可再生发电、电解、氨合成和储能的商业技术。我们的分析考虑了可变可再生能源 (VRE) 来源和电网的电力供应的成本和排放属性的空间和时间变化及其对工厂设计、运营、成本和排放的影响。根据 2030 年的技术成本和电网预测，我们发现美国中部地区并网氨的成本为 0.54 – 0.64 美元/千克，而天然气氨的成本为 0.3 – 0.4 美元/千克，并且根据电网的发电结构，二氧化碳排放量可能更高或更低。完全基于 VRE 的氨生产，即使同时利用风能和光伏，也比并网生产成本更高，因为需要储存来管理 VRE 间歇性和连续氨生产。与天然气路线相比，在美国中部现有氨设施所在地使用 VRE 和电网电力的组合可以实现每吨氨减少 2 – 80% 的二氧化碳排放量，对应的平准化成本范围为 0.57 – 0.85 美元/千克 NH3。如果氨合成回路能够更加灵活，从而减少对全天候电力供应的需求，并用氨储存替代电池储存，则可以进一步降低成本。关键词：氨、氢、脱碳、可再生能源、技术经济分析、电气化过程、优化■简介
用于酵母细胞工厂开发的多重基因组工程方法
随着包括多重基因组工程在内的合成生物学工具的生物技术应用迅速扩展，构建战略性设计的酵母细胞工厂变得越来越可能。这在很大程度上要归功于 CRISPR/Cas 技术和高通量组学工具等基因组编辑方法的最新进展。模型生物面包酵母 ( 酿酒酵母 ) 是生产高价值代谢物的重要合成生物学基础。多重基因组工程方法可以加快酵母细胞工厂中有效异源途径的构建和微调。最近出现了许多利用这一点的多重基因组编辑技术。本综述重点介绍此类工具的最新进展，例如 delta 整合和 rDNA 簇整合与 CRISPR-Cas 工具相结合，可大大提高多重整合效率。还回顾了作为多拷贝基因整合创新替代方法的预置门系统的例子。除了多重整合研究之外，还讨论了替代基因组编辑方法的多重化。最后，我们讨论了涉及非常规酵母的多重基因组编辑研究以及自动化对于高效细胞工厂设计和构建的重要性。将 CRISPR/Cas 系统与传统酵母多重基因组整合或供体 DNA 递送方法相结合，可通过提高效率和准确性来加快菌株开发。诸如在基因组中预先放置合成序列等新方法以及改进的生物信息学工具和自动化技术有可能进一步简化菌株开发过程。此外，讨论的用于改造酿酒酵母的技术可以适用于其他工业上重要的酵母物种，以进行细胞工厂开发。
用于 CSP 电厂的磁铁矿热能存储
摘要：矿产资源和能源部估计，工业部门是南非最大的能源消耗部门。工业中约 66% 的能源最终用途用于制造过程中的供热。南非工业以前是在煤炭和电力能源价格低廉的背景下发展起来的。这导致了大量低效且碳密集的工业流程。随着燃料价格上涨、化石燃料枯竭的前景以及全球不断努力减少环境影响，有必要开发用于供热的替代能源。相当一部分热能可以通过太阳能技术产生。然而，太阳能供应本质上是可变的，并不总是与需求相匹配。因此，有必要将热能存储系统集成到太阳能发电厂中以确保可用性。热能可以通过三种主要方式储存，即显热、潜热和热化学热形式。磁铁矿是一种在 ~570°C 时发生反铁磁相变的材料。这会导致材料热容量可逆性飙升。这对于热能存储应用非常有利，使其能够比其他典型的显热存储介质存储更多的热量。磁铁矿在南非随处可见，通常是其他生产过程的废品。开发了一个实验室规模的原型，以分析磁铁矿在以空气为工作流体的开放（非加压）系统中的热存储特性。磁铁矿在填料床反应器中使用燃气燃烧器加热，并使用环境空气排放。磁铁矿能够储存高达 1000 o C 的热量，这使其适用于 CSP 工厂。实验结果将用于验证 CFD 模型，为未来的 CSP 工厂设计和工业过程加热应用提供参考。
Power-to-X：进一步了解电子氨
用电子氢替代部分化石燃料氢。这种电子氢生产的规模不一定小，因为传统的哈伯-博世合成工厂非常大。如今，工业氨生产厂平均日产氨 500-1,500 公吨 (MTPD)，最大的工厂日产氨超过 3,500 公吨。以氨的大规模性为例，假设容量系数为 50%，用电子氢替代仅 200 MPTD 的产量就需要 150-200 MW 的可再生电力资源和类似规模的电解。2下一步，将利用大量可再生能源建造新的电子氨工厂。完全电子氨生产的一个挑战是需要工艺灵活性来管理可变的可再生能源，例如太阳能和风能。如今，哈伯-博世工厂基于化石燃料原料针对连续运行进行了优化，因此运行灵活性有限。灵活操作的风险包括热循环导致催化剂和设备寿命缩短以及生产效率降低。目前可以实施的一种解决方案是使用大型储氢缓冲器来管理不灵活的哈伯-博施工艺中间歇性的可再生能源原料。采用这种设计，哈伯-博施工艺将始终有恒定的原料。更好、更具成本效益的解决方案是优化哈伯-博施工艺，使产量根据可再生能源投入而变化。这种调节能力可能通过各种工厂设计和操作技术来实现。最后，电子氨合成的新技术，如低压、低温或电化学合成，仍处于实验室规模的研究阶段。近期的电子氨生产设施可能会使用哈伯-博施合成和某种形式的灵活性管理。
脱碳区域能源系统
全球建筑能耗的很大一部分用于空间供暖和制冷，无论是使用单个建筑系统还是区域系统，这些负荷通常都由碳基能源满足。随着我们转向电网脱碳，我们还必须考虑如何以与可再生电网良好协调的方式最好地脱碳我们的供暖和制冷负荷。区域能源系统 (DES) 使用共享资源和基础设施将热能分配给社区中的建筑物。与其他脱碳解决方案不同，DES 有可能减轻电网压力并整合可再生热能和废热。本综述将重点介绍当前的 DES 脱碳技术，并将讨论重要的设计考虑因素以及与单个系统的定性比较。DES 主要由能源和储存、配电网络、热转换和用户负荷（如建筑物）组成。我们将供暖和制冷源分为恒定、可变或可调度，并审查无碳选项。 DES 的设计取决于多种因素，包括能源的性质、要满足的负载、集中式或分布式工厂设计以及对冗余和弹性的潜在需求。我们审查设计决策，包括要连接哪些能源和负载、要实施哪种配电网络设计以及 DES 的建模和控制，并考虑如何最好地与完全可再生电网集成。目前，DES 设计对于每个安装都是独一无二的，需要针对每个站点进行定制。由于分布式组件数量众多，因此控制对于 DES 非常重要，无论是在组件级别还是在系统级别。需要考虑的未来趋势包括不断上升的冷却需求负载、冬季电力峰值负载、将传统 DES 转换为最先进的脱碳系统以及 DES 的成本和经济性变化。
cerenergy® 电池项目更新 - 仅供个人使用
2022 年 9 月 14 日，Altech 与世界领先的德国电池研究所 Fraunhofer 签署了合资股东协议，以将 Fraunhofer 革命性的 CERENERGY ® 钠氧化铝固态 (SAS) 电池商业化。2022 年 10 月 26 日，Altech 任命领先的德国公司 Leadec Automation & Engineering GmbH (Leadec) 为其 CERENERGY ® 100MWh 电池项目的最终可行性研究的首席工程师。2022 年 11 月 7 日，Altech 宣布已设计并推出了专为可再生能源和电网存储市场设计的 CERENERGY ® SAS 60 KWh 电池组 (ABS60)。从那时起，CERENERGY ® 项目取得了显著的进展和进步。在此期间，于 2022 年 10 月 13 日至 14 日和 2022 年 12 月 8 日在德国 Schwarze Pumpe 的 Altech 工厂举行了两次重要的专家研讨会。Altech 人员、Leadec 的工艺和自动化工程团队以及 Fraunhofer CERENERGY ® 专家电池团队参加了研讨会。研讨会由董事总经理 Iggy Tan 主持和领导，目的是提出详细的设计要求以及高效的工业生产工厂设计。该团队最终确定了 100MWh 电池的设计基础，每年生产 60 千瓦时 (KWh) ABS60 电池组 1,666 个。Fraunhofer 专家参与了技术信息传递，以确保最佳生产流程和 60 KWh ABS60 电池组的渐进式热建模，以优化电池组外壳设计和电池管理系统。领先的工程公司 Leadec 目前正在制定技术规范，供潜在供应商报价。电池厂和场地布局的初步规划已经完成。在很短的时间内取得了重大里程碑。