上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称：生物技术与人类课程号：BL913班级号：1202004 姓名： 吴润琦 学号：5120209120专业： 热能与动力工程 课程小论文 题目编号 3 得分 序号 选题 1 如何利用微生物提高采油量？ 2 简述微生物在石油工业中的应用 3 “清洁能源”有哪些？ 4 简述生物柴油的生产策略 5 谈谈你对未来能源的见解
上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称： 生物技术与人类 课程号： BI 913 班级号： F1202004 姓名： 吴润琦 学号： 5120209120 专业： 热能与动力工程 课程小论文 题目编号 3 得分 序号 选题 1 如何利用微生物提高采油量？ 2 简述微生物在石油工业中的应用 3 “清洁能源”有哪些？ 4 简述生物柴油的生产策略 5 谈谈你对未来能源的见解
“清洁”能源有哪些？ 吴润琦 (机械与动力工程学院，200240) 摘要：当今时代，由于人类对煤、石油等“不清洁”的能源的贪婪的利用，气侯变幻异常加剧发生并不断扩大范 围，地球上越来越多的地方受到了气候变幻异常多带来的巨大影响，为当初不合理使用“不清洁”的行为而埋单。 与此同时，越来越多的研究被用于太阳能、风能、生物质能、核能和潮汐能等“清洁”能源的使用，以形成一个更 为合理的能源利用方式。 关键词：清洁能源太阳能风能生物质能核能潮汐能 What are the "clean"energy? Wu Rungi (School of Mechanical Engineering,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China) Abstract:In modern times,due to using "unclean"energy sources such as coal,oil greedily,and continuously expanding the scope of abnormal climate change intensifies,more and more places on the earth influenced by the abnormal climate change, more for the unreasonable use of "clean"energy bill.At the same time,a growing body of research is used for solar energy, wind energy,biomass energy,nuclear energy,and the use of"clean"energy such as tidal power,to form a more reasonable way of energy utilization Key words:clean energy solar energy wind energy biomass energy nuclear energy tidal energy 0引言 当今的时代，全球环境己经遭到严重的破坏，人类文明赖以生存的正常的气候平衡己经被扰乱， 意识到这点之后，无奈无助的绝望情绪开始弥漫。这种绝望使得我们难以及时重新把握自身的命运， 但是此时如果我们不能及时改弦更张，地球将大难临头。【)一场场超乎我们人类想象的灾难可能将 比电影里面的画面来得更加残酷。众所周知，人为地全球变暖最大的污染源是用煤、石油、天然气 等化石燃料生产能源，而我们现在对化石燃料的依赖程度在人类历史上是十分罕见的。因此解决气 候危机的重要的方式之一就是使用一些“清洁”能源来替代现有的“不清洁”的能源。 1“清洁”能源简述 “清洁”能源是不排放污染物的能源。 1.1“清洁”能源的基本概念 清洁能源指的是对环境友好的能源，意思为环保，排放少，污染程度小。准确定义应是：对能 源清洁、高效、系统化应用的技术体系。含义有三点：第一清洁能源不是对能源的简单分类，而是 指能源利用的技术体系：第二清洁能源不但强调清洁性同时也强调经济性：第三清洁能源的清洁性 指的是符合一定的排放标准。【2)】 1.1“清洁”能源的分类 可以区分为核能和“可再生能源”。其中可再生能源是指原材料可以再生的能源，比如说水力 发电、风力发电、太阳能、生物能、地热能、潮汐能、海水温差发电等。 1.2“清洁”能源的意义 可再生能源是最理想的能源，可以不受能源短缺的影响，但也受自然条件的影响。可再生能源
“清洁”能源有哪些？ 吴润琦 （机械与动力工程学院，200240） 摘 要： 当今时代，由于人类对煤、石油等“不清洁”的能源的贪婪的利用，气候变幻异常加剧发生并不断扩大范 围，地球上越来越多的地方受到了气候变幻异常多带来的巨大影响，为当初不合理使用“不清洁”的行为而埋单。 与此同时，越来越多的研究被用于太阳能、风能、生物质能、核能和潮汐能等“清洁”能源的使用，以形成一个更 为合理的能源利用方式。 关键词：清洁能源 太阳能 风能 生物质能 核能 潮汐能 What are the "clean" energy? Wu Runqi (School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China) Abstract: In modern times, due to using "unclean" energy sources such as coal, oil greedily, and continuously expanding the scope of abnormal climate change intensifies, more and more places on the earth influenced by the abnormal climate change, more for the unreasonable use of "clean" energy bill. At the same time, a growing body of research is used for solar energy, wind energy, biomass energy, nuclear energy, and the use of "clean" energy such as tidal power, to form a more reasonable way of energy utilization. Key words: clean energy solar energy wind energy biomass energy nuclear energy tidal energy 0 引言 当今的时代，全球环境已经遭到严重的破坏，人类文明赖以生存的正常的气候平衡已经被扰乱， 意识到这点之后，无奈无助的绝望情绪开始弥漫。这种绝望使得我们难以及时重新把握自身的命运， 但是此时如果我们不能及时改弦更张，地球将大难临头。 【1】一场场超乎我们人类想象的灾难可能将 比电影里面的画面来得更加残酷。众所周知，人为地全球变暖最大的污染源是用煤、石油、天然气 等化石燃料生产能源，而我们现在对化石燃料的依赖程度在人类历史上是十分罕见的。因此解决气 候危机的重要的方式之一就是使用一些“清洁”能源来替代现有的“不清洁”的能源。 1“清洁”能源简述 “清洁”能源是不排放污染物的能源。 1.1 “清洁”能源的基本概念 清洁能源指的是对环境友好的能源，意思为环保，排放少，污染程度小。准确定义应是：对能 源清洁、高效、系统化应用的技术体系。含义有三点：第一清洁能源不是对能源的简单分类，而是 指能源利用的技术体系；第二清洁能源不但强调清洁性同时也强调经济性；第三清洁能源的清洁性 指的是符合一定的排放标准。 【2】 1.1 “清洁”能源的分类 可以区分为核能和“可再生能源”。其中可再生能源是指原材料可以再生的能源，比如说水力 发电、风力发电、太阳能、生物能、地热能、潮汐能、海水温差发电等。 1.2 “清洁”能源的意义 可再生能源是最理想的能源，可以不受能源短缺的影响，但也受自然条件的影响。可再生能源
往往消耗之后可以得到补充，不产生或者极少产生污染物，不对环境造成极大的伤害。核能则是能 量密度大，不产生巨量的污染物，不产生加重全球变暖的二氧化碳，不对环境造成极大的伤害。相 信随着地球资源的短缺，以及科学家在积极寻找提高利用可再生能源效率的新科技和新方法，可再 生能源将发挥越来越大的作用。 2典型“清洁”能源的技术介绍 2.1太阳能 长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。我们地球所接受到的太阳能，只占太阳表面发 出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能晕相当于全球所需总能量的3万~4万倍。太阳能和石油、 煤炭等矿物燃料不同，不会导致温室效应和全球性气候变化，也不会造成环境污染。 2.1.1光热技术 它是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。热水器是太阳能热 利用中商业化程度最高、应用最普遍的技术。国际上，太阳能热水器产品经历了闷硒式、平板式、全 玻璃真空管式的发展.目前热水器产品的发展方向仍注重提高集热器的效率，如将透明隔热材料应用 于集热器的盖板与吸热间的隔层，以减少热量损失。 目前使用最多的主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器等3种。真空管热水器比平板 集热器热效率更高，阳光穿过吸热管的第一层玻璃照到第二层玻璃的黑色吸热层上，将太阳光能的 热量吸收，由于两层玻璃之间是真空的，热量不能通过对流和传导向外传，只能传给玻璃管里面的 水，使玻璃管内的水加热，加热的水变轻沿着玻璃管受热面往上进入保温储水桶，桶内温度相对较 低的水沿着玻璃管背光面进入玻璃管补充，如此不断循环，使保温储水桶内的水不断加热，从而达 到热水的目的。聚焦集热器在阳光充足、光照强烈的专区用来做饭，效率较低。 2.1.2光电技术 未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式主要有两种：一种方式是：光一 热一电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工 质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光一热转换，后一过程为热一电转 换，成本较高，效率较低；另一种方式是：光一电转换。其基本原理是利用光生伏特效应将太阳辐 射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池，如光伏路灯、光伏电站、航天器供能等。 利用太阳光发电是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式。它包括光伏发电、光 化学发电、光感应发电和光生物发电。光伏发电是利用太阳能级半导体电子器件有效地吸收太阳光 辐射能，并使之转变成电能的直接发电方式，是当今太阳光发电的主流。目前世界上应用最广泛的太 阳电池是单晶体硅太阳电池、多晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池等。对于同样的星际探索任务： 与化学能推进型发动机相比，光电技术下的发动机有效载荷质量比提高1.36~3.4倍，有显著的质量 节省。句 2.2风能 风能是利用风力机将风能转化为电能、热能、机械能等各种形式的能量，用于发电、提水、助 航、制冷和制热等。风能是一种自然，由于风的方向及大小都变幻不定，因此，其经济性和实用性 由风车的安装地点、方向、风速等多种因素综合决定。 风力发电是主要的开发利用方式。太阳光照射在地球的表面上，它使地表的温度升高，地表的空 气受热膨胀变轻而往上升。热空气上升后，低温的冷空气横向流入，这种空气的流动就产生了风。上 升的空气因逐渐冷却变重而下降，由于地表温度较高又会加热空气使之上升，这种对流也会形成风。 由此可见，风的能量是来自太阳的。太阳辐射出来的光和热是地球上风形成的源泉。风力发电的原理 说起来非常简单，最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成。空气流动的动能作用在叶轮上， 将动能转换成机械能，从而推动叶轮旋转。如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连，就会带动发电机 发出电来。可
往往消耗之后可以得到补充，不产生或者极少产生污染物，不对环境造成极大的伤害。核能则是能 量密度大，不产生巨量的污染物，不产生加重全球变暖的二氧化碳，不对环境造成极大的伤害。相 信随着地球资源的短缺，以及科学家在积极寻找提高利用可再生能源效率的新科技和新方法，可再 生能源将发挥越来越大的作用。 2 典型“清洁”能源的技术介绍 2.1 太阳能 长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。我们地球所接受到的太阳能，只占太阳表面发 出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能晕相当于全球所需总能量的3万～4万倍。太阳能和石油、 煤炭等矿物燃料不同，不会导致温室效应和全球性气候变化，也不会造成环境污染。 [3] 2.1.1 光热技术 它是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。热水器是太阳能热 利用中商业化程度最高、应用最普遍的技术。国际上,太阳能热水器产品经历了闷晒式、平板式、全 玻璃真空管式的发展.目前热水器产品的发展方向仍注重提高集热器的效率,如将透明隔热材料应用 于集热器的盖板与吸热间的隔层,以减少热量损失。 [5] 目前使用最多的主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器等3种。真空管热水器比平板 集热器热效率更高，阳光穿过吸热管的第一层玻璃照到第二层玻璃的黑色吸热层上，将太阳光能的 热量吸收，由于两层玻璃之间是真空的，热量不能通过对流和传导向外传，只能传给玻璃管里面的 水，使玻璃管内的水加热，加热的水变轻沿着玻璃管受热面往上进入保温储水桶，桶内温度相对较 低的水沿着玻璃管背光面进入玻璃管补充，如此不断循环，使保温储水桶内的水不断加热，从而达 到热水的目的。聚焦集热器在阳光充足、光照强烈的专区用来做饭，效率较低。 2.1.2 光电技术 未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式主要有两种：一种方式是：光— 热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工 质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转 换，成本较高，效率较低；另一种方式是：光—电转换。其基本原理是利用光生伏特效应将太阳辐 射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池，如光伏路灯、光伏电站、航天器供能等。 利用太阳光发电是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式。它包括光伏发电、光 化学发电、光感应发电和光生物发电。光伏发电是利用太阳能级半导体电子器件有效地吸收太阳光 辐射能,并使之转变成电能的直接发电方式,是当今太阳光发电的主流。目前世界上应用最广泛的太 阳电池是单晶体硅太阳电池、多晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池等。对于同样的星际探索任务: 与化学能推进型发动机相比,光电技术下的发动机有效载荷质量比提高1.36～3.4倍,有显著的质量 节省。 [6] 2.2 风能 风能是利用风力机将风能转化为电能、热能、机械能等各种形式的能量，用于发电、提水、助 航、制冷和制热等。风能是一种自然，由于风的方向及大小都变幻不定，因此，其经济性和实用性 由风车的安装地点、方向、风速等多种因素综合决定。 风力发电是主要的开发利用方式。太阳光照射在地球的表面上,它使地表的温度升高,地表的空 气受热膨胀变轻而往上升。热空气上升后,低温的冷空气横向流入,这种空气的流动就产生了风。上 升的空气因逐渐冷却变重而下降,由于地表温度较高又会加热空气使之上升,这种对流也会形成风。 由此可见,风的能量是来自太阳的。太阳辐射出来的光和热是地球上风形成的源泉。风力发电的原理 说起来非常简单,最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成。空气流动的动能作用在叶轮上, 将动能转换成机械能,从而推动叶轮旋转。如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连,就会带动发电机 发出电来。 [7]
2.3生物质能 生物质指任何形式（除化石燃料及其衍生物）的有机物质，包括农林作物及其残体、水生植物、人 畜粪便（动物残体）、城市生活和工业有机废弃物等。生物质能是指植物叶绿素将太阳能转化为化学 能贮存在生物质内部的能量，目前发展中的开发利用技术主要是，通过热化学转换技术将固体生物 质转换成可燃气体、焦油等，通过生物化学转换技术将生物质在微生物的发酵作用下转换成沼气、 酒精等，通过压块细密成型技术将生物质压缩成高密度固体燃料等。生物质能中沼气技术最成熟。 生物质能研究的一个很重要出发点是减少温室气体C0释放量。从整个生命周期来说，生物质能 对全球C贡献基本上为“0”：生物质能利用对C贡献来自所有收集、运输和预处理过程中化石燃料利 用造成的CO排放。生物质能总体利用过程中相对于化石燃料C02减排是显著的，采用高效合理的利用 方式，C0减排率能达到90%左右。生物质能替代化石能是减少C0排放的有效措施之一。 2.4核能 对于核电站，人们有许多误解，其实核能发电是一种清洁、高效的能源获取方式。对于核裂变， 核燃料是铀、钚等元素，核聚变的燃料则是氘、氚等物质。有些物质，例如钍，本身并非核燃料， 但经过核反应可以转化为核燃料。我们把核燃料和可以转化为核燃料的物质总称为核资源。 核能的常用的获取方式有两种，一种是利用核裂变，另一种是利用核聚变。重核发生裂变的方 式有两种，一种是重原子核自发地碎裂成两个半块，并释放出大约200Mv的能量，这称为自发裂变。如 U2的自发裂变，半衰期18×108年。另一种是原子核在外来粒子的轰击下发生裂变，称为诱发裂变。 自发裂变速度太慢，实践中要大规模利用核能只能是诱发裂变。选择中子作为轰击炮弹，中子不带电， 与原子核没有库仑作用，容易打进原子核使原子核发生裂变。在重核中中子比质子数大得多，所以在 重核裂变时都伴随着2-3个中子的产生。新释放出的中子，会引起其他235U(或钚)的裂变，如此不断发 生，形成所谓链式反应。 释放原子能的另一个有效途径是利用轻核的聚变反应。把两上或多个较轻的原子核工业结合成 较重的原子核的现象即为原子核的聚变。由前图分析可知，在轻核区核子的平均结合能上升最快。， 因此轻核聚变释放的原子能巨大，目前的聚变研究集中在轻核区。 2.5潮汐能 海洋被认为是地球的资源宝库，也被称作为能量之海。从技术及经济上的可行性，可持续发展 的能源资源以及地球环境的生态平衡等方面分析，海洋能中的潮汐能作为成熟的技术将得到更大规 模的利用。全球海洋中潮汐能的理论蕴藏量约有27亿kW,可开发利用的约为5400万kW。我国潮汐能资 源丰富，理论蕴藏量约为1.1亿kW,可开发利用的约为2179万kW。潮汐能是一种蕴藏量丰富且无污染的 可再生能源，对其开发利用不会给人类带来污染和灾难。o 潮汐发电，就是利用海水涨落及其所造成的水位差来推动水轮机，再由水轮机带动发电机发电。 假如建一条大坝，把大海与临近的海湾隔开，形成一个水库，安装上水轮发电机组，那么涨潮时，海水 从大海流进水库，冲击水轮机转动，从而带动发电机发电：而在落潮时，海水又从水库流入大海，则又 可从相反的方向带动发电机组发电。这样，海水一涨一落，电站就可源源不断地发出电来。 3清洁能源的发展展望 太阳能是一种普遍存在、广泛使用的清洁能源，开发太阳能主要有光电和光电的方式，对太阳 能的应用已经有了一定的程度：风能可转化成多种形式的能量，在世界上很多地方，都有很丰富的 风力资源，特别是利用风力发电前景可观：而利用核能发电己被人类充分掌握，法国等有些发达国 家把核电作为最主要的电力资源：水电受水资源条件的约束，但在世界各地水资源较为丰富的地区， 大小水电站的建立方兴未艾，并且是一种受欢迎的能源：更多的非粮食类的生物质能将被用于制造 清洁的能源，这不仅对环境要求不高，可以成为持续的能源供给，也可以有助于保护全球生态环境。 除此之外，地热能、海洋能都是巨大的清洁能源，有很广阔的发展空间。为了实施可持续发展战略， 寻求能源合理利用的新途径，开发可再生的清洁能源已成为人类迫切需要解决的重要课题
2.3 生物质能 生物质指任何形式(除化石燃料及其衍生物)的有机物质,包括农林作物及其残体、水生植物、人 畜粪便(动物残体)、城市生活和工业有机废弃物等。生物质能是指植物叶绿素将太阳能转化为化学 能贮存在生物质内部的能量，目前发展中的开发利用技术主要是，通过热化学转换技术将固体生物 质转换成可燃气体、焦油等，通过生物化学转换技术将生物质在微生物的发酵作用下转换成沼气、 酒精等，通过压块细密成型技术将生物质压缩成高密度固体燃料等。生物质能中沼气技术最成熟。 生物质能研究的一个很重要出发点是减少温室气体CO2释放量。从整个生命周期来说,生物质能 对全球C贡献基本上为“0”;生物质能利用对C贡献来自所有收集、运输和预处理过程中化石燃料利 用造成的CO2排放。生物质能总体利用过程中相对于化石燃料CO2减排是显著的,采用高效合理的利用 方式,CO2减排率能达到90%左右。生物质能替代化石能是减少CO2排放的有效措施之一。[8] 2.4 核能 对于核电站，人们有许多误解，其实核能发电是一种清洁、高效的能源获取方式。对于核裂变， 核燃料是铀、钚等元素，核聚变的燃料则是氘、氚等物质。有些物质，例如钍，本身并非核燃料， 但经过核反应可以转化为核燃料。我们把核燃料和可以转化为核燃料的物质总称为核资源。 核能的常用的获取方式有两种，一种是利用核裂变，另一种是利用核聚变。重核发生裂变的方 式有两种,一种是重原子核自发地碎裂成两个半块,并释放出大约200Mev的能量,这称为自发裂变。如 U235的自发裂变,半衰期18×10 18年。另一种是原子核在外来粒子的轰击下发生裂变,称为诱发裂变。 自发裂变速度太慢,实践中要大规模利用核能只能是诱发裂变。选择中子作为轰击炮弹,中子不带电, 与原子核没有库仑作用,容易打进原子核使原子核发生裂变。在重核中中子比质子数大得多,所以在 重核裂变时都伴随着2-3个中子的产生。新释放出的中子,会引起其他235U(或钚)的裂变,如此不断发 生,形成所谓链式反应。[9] 释放原子能的另一个有效途径是利用轻核的聚变反应。把两上或多个较轻的原子核工业结合成 较重的原子核的现象即为原子核的聚变。由前图分析可知,在轻核区核子的平均结合能上升最快。, 因此轻核聚变释放的原子能巨大,目前的聚变研究集中在轻核区。[9] 2.5 潮汐能 海洋被认为是地球的资源宝库，也被称作为能量之海。从技术及经济上的可行性，可持续发展 的能源资源以及地球环境的生态平衡等方面分析，海洋能中的潮汐能作为成熟的技术将得到更大规 模的利用。全球海洋中潮汐能的理论蕴藏量约有27亿kW,可开发利用的约为5400万kW。我国潮汐能资 源丰富,理论蕴藏量约为1.1亿kW,可开发利用的约为2179万kW。潮汐能是一种蕴藏量丰富且无污染的 可再生能源,对其开发利用不会给人类带来污染和灾难。[10] 潮汐发电,就是利用海水涨落及其所造成的水位差来推动水轮机,再由水轮机带动发电机发电。 假如建一条大坝,把大海与临近的海湾隔开,形成一个水库,安装上水轮发电机组,那么涨潮时,海水 从大海流进水库,冲击水轮机转动,从而带动发电机发电;而在落潮时,海水又从水库流入大海,则又 可从相反的方向带动发电机组发电。这样,海水一涨一落,电站就可源源不断地发出电来。 3 清洁能源的发展展望 太阳能是一种普遍存在、广泛使用的清洁能源，开发太阳能主要有光电和光电的方式，对太阳 能的应用已经有了一定的程度；风能可转化成多种形式的能量，在世界上很多地方，都有很丰富的 风力资源，特别是利用风力发电前景可观；而利用核能发电已被人类充分掌握，法国等有些发达国 家把核电作为最主要的电力资源；水电受水资源条件的约束，但在世界各地水资源较为丰富的地区， 大小水电站的建立方兴未艾，并且是一种受欢迎的能源；更多的非粮食类的生物质能将被用于制造 清洁的能源，这不仅对环境要求不高，可以成为持续的能源供给，也可以有助于保护全球生态环境。 除此之外，地热能、海洋能都是巨大的清洁能源，有很广阔的发展空间。为了实施可持续发展战略， 寻求能源合理利用的新途径，开发可再生的清洁能源已成为人类迫切需要解决的重要课题
[参考文献] [1]阿尔·戈尔.邵志军[译].我们的选择[M].湖南科学技术出版社，2011. [2]百度百科.清洁能源词条.http:/baike.baidu.com/subview/252579/6838444.htm?fr=aladdin [3]马淑忱.清洁能源的发展前景概述U.辽宁省环境科学学会2008年学术年会论文集，2002 [4]赵利勇，胡明辅，杨贞妮.太阳能利用技术与发展[J刀.能源与环境，2007,04：55一57 [5]缪仁杰，李淑兰.太阳能利用现状与发展前景[J].应用能源技术，2007年第5期（总第113 期)：28-33. [6]Wayne A Wong.Refractive secondary concentrator for solar thermal applieations[R]. IECEC99-01-2678. [7]张建勋.发展潜力巨大的风力发电[].内蒙古科技与经济，2006年12期. [8]周中仁，吴文良.生物质能研究现状及展望).农业工程学报，2005年12月：12-15 [9]李生莲.核能的原理和利用[J刀.运城学院学报. [10]张斌.潮汐能发电技术与前景[J】.科技资讯杂志，2014年第9期：3-4
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