| 2024 年，对抗气候变迁的科技突飞猛进。发电风筝在空中翱翔、碳捕捉装置在海洋中运行、农业科技的新方式深入土地之中。如果这些听起来陌生，别担心！IEEE Spectrum整理了过去一年十大气候科技故事。
1. 如何让建筑物防范电磁脉冲（EMP） 气候科技大跃进！2024 年十大关键技术突破 今年令人惊叹的极光景象，预示了来自太阳风暴的危险电磁脉冲（EMP）。EMP 不仅可能摧毁电子系统并使电网过载引发停电，还可能由人为攻击引发，例如在人造卫星高空引爆核武器。幸运的是，位于田纳西州橡树岭国家实验室的研究员刘玉露正在研究这一问题。在 IEEE Spectrum 的问答中，她解释了电磁脉冲的危险性，以及她的实验室如何设计能够保护内部敏感设备的建筑物。 2.货柜大小的飞行风筝系统就能提供发电能力 在风力涡轮机不切实际的偏远或难以到达的地区，现在出现了一种新的可再生能源发电方式：风筝。总部位于荷兰的 Kitepower 公司，正致力于实施一种名为 Hawk 的发电风筝系统。当风拉动风筝的地面系绳时，会产生一股力，并转换成电力。60 平方米的风筝可以飞到 350 米的高度（是风力涡轮机高度的两倍多），捕捉更强劲、更稳定的风力。这些风筝配备了 400 千瓦时的电池，整个系统可以放入一个标准的货柜中。Kitepower 希望将 Hawk 送到目前依赖柴油发电机的偏远社区，为他们提供更清洁的电力来源，而且占用的空间比风力涡轮机小得多。 3. 热泵挑战严寒气候 从历史上看，热泵在寒冷地区的功能一直不佳，大多数热泵在 4 °C 左右的环境下运转能力会下降，在 -15 °C 左右则会失效。但现在，随着压缩机的改进，热泵制造商表示，他们拥有了可以在严寒地区像在温和冬季一样有效地为房屋供暖的技术。热泵的工作原理是移动和压缩沸点非常低的流体。压缩机是提高流体变成蒸汽的温度和压力的元件，因此改进压缩机的马达速度和注入更多蒸汽的时机，可以提高热泵在较低温度下的效率。美国能源部与加拿大自然资源部合作举办了「寒冷气候热泵技术挑战赛」，8 家热泵制造商正在测试他们的热泵，目标是在 -15 °C 的环境下也能以最大容量运转。。 4. 农业物联网系统透过土壤传输电力 智慧农业物联网设备透过测量 GPS 座标、湿度、温度、酸碱度、养分等，帮助农民全面了解农田的状况。问题是如何为这些分散的感测器提供充足的电力。但如果我们利用已经连接所有设备的东西呢？没错，就是土壤。田纳西理工大学的研究人员设计了一种透过土壤传输电力的方法。研究人员的 2 英亩测试网络以 60 赫兹的频率传输电力，每天仅消耗 0.1 千瓦时。如果他们以零售价格支付这些电力，每天的成本仅略高于 1 美分。 5. Ebb Carbon 推动海洋地球工程计划 Ebb Carbon 是一家总部位于加州的新创公司，准备开始从空气中去除数百吨的二氧化碳。他们位于华盛顿州天使港的二氧化碳去除工厂，名为 Macoma 计划，将利用电化学方法将海水分成酸性和碱性两部分。酸性水流将被中和或运出，碱性水流将被释放到海洋中。在那里，它将与二氧化碳混合，形成碳酸氢盐，这是一种稳定的碳储存方式。随着该计划从海洋中捕捉和储存二氧化碳，海洋将能够从空气中吸收更多的二氧化碳。尽管许多海洋科学家对像这样的海洋地球工程计划持怀疑态度，但美国能源部已经制定了一项 1 亿美元的「碳冲击」计划，将资助二氧化碳的去除和储存，包括在海洋储层中。 6. 太阳能板回收的清洁绿色方案 数百万吨的太阳能板将在 2025 年达到使用寿命。它们含有硅、银和铜——这些材料非常有价值，但难以从硬件中提取出来。目前最好的太阳能板回收工艺可以回收 90% 的这些金属，但成本高昂，而且经常使用有毒化学物质。新创公司 9-Tech 的回收工艺可在不使用有毒化学物质或向环境排放污染物的情况下，回收高达 90% 的材料。9-Tech 试验工厂的工人手动拆除太阳能板的铝框架、接线盒和强化玻璃。然后将剩余的材料送入 400 °C 的熔炉中，并用过滤器捕捉产生的污染物。一系列的筛子将玻璃和硅分离，然后将硅送入酸浴中，利用超音波将其与附着的银分离。新创公司的创始人表示，这个过程成本高昂，但回收的材料品质很高，这有助于抵消成本。 7. 微波驱动飞机的未来构想 气候科技大跃进！2024 年十大关键技术突破 如果我们想要让航空业完全脱碳，就必须跳脱框架思考。Ian McKay 提出了一个可能的未来，我们可以使用体育场大小的微波阵列，将电力发射到飞机上的天线。这些微波可以穿过云层，不会伤害乘客，但会大幅加热空气，也可能会伤害附近的鸟类。虽然从未有人尝试过这样做，但技术的进步表明这可能是可行的，包括一家加州理工学院的新创公司，打算利用相控阵列将太阳能从卫星传输到地球。即使存在巨大的技术障碍和可能的监管问题，这个思想实验也值得考虑，因为为航空业脱碳的其他不那么奇特的想法也存在着自身的问题。。 8. Climeworks 使用新技术捕捉更多 CO₂ 总部位于苏黎世的 Climeworks 公司表示，其新的直接空气捕捉（DAC）技术将在本世纪末去除数百万吨的二氧化碳。他们最新的设施最终每年将从空气中提取 36,000 吨的二氧化碳。他们的新型直接空气捕捉技术，依靠一种新型吸附剂（吸收二氧化碳的材料），其几何形状经过修改，可以让更多的表面积暴露在空气中，捕捉双倍的二氧化碳。新的设计将把他们的收集器单元结构从三层式机架改为立方体式设计，四面墙壁的收集器围绕着一个中央竖井。这些将用于「Cypress 计划」直接空气捕捉中心，这是一个由美国能源部资助的计划，旨在建立美国第一个百万吨级二氧化碳去除中心。 9. 飞秒激光解决太阳能板回收难题 太阳能板的设计经久耐用。为了承受恶劣的天气、不断变化的温度和数十年使用的磨损，它们的光伏材料需要紧密的密封。大多数制造商透过在玻璃板之间添加黏性聚合物层来实现这种密封。但在太阳能板的使用寿命结束时，这些聚合物变得极难去除。美国国家再生能源实验室的研究人员发现了一种无需聚合物即可熔合玻璃的方法，即使用飞秒激光将其熔合在一起。这种强烈的光子束会改变玻璃的光吸收率，产生一小团电离的玻璃原子电浆，将玻璃板熔合在一起。这种新方法制造的太阳能板使用寿命更长，而且更容易回收。 10. 热带资料中心的节能降温创意 资料中心是能源消耗大户，尤其是在气候温暖的地区。但新加坡的研究人员现在正在测试以永续的方式为资料中心降温。20 多家科技公司、大学和政府机构合作，共同参与「永续热带资料中心测试平台」。他们正在测试一种新的 StatePoint 液体冷却系统，该系统利用疏水性微孔膜，制造出一种液体对空气的热交换器，可以冷却水。这种系统在炎热潮湿的环境中更有效，因为它产生的是冷水而不是冷空气。研究人员还将测试一种原型涂有干燥剂的热质交换器，该交换器涂有一种干燥剂材料，可以吸收透过的空气中的水蒸气，使空气干燥，进而去除资料中心的湿气。未来，他们希望将这些节能技术应用到全球各地的热带资料中心。 |
