亞馬遜森林大火、加速消逝的北極冰面、有記錄以來最熱的7月、越來越多的極端天氣事件……各種因素正在讓地球、讓我們的生存環(huán)境經(jīng)受日趨嚴(yán)重的考驗。

大問題往往意味著大機(jī)會。在人類對環(huán)境制造麻煩的過程中，勢必又不斷催生出各種新技術(shù)，用于修復(fù)曾對環(huán)境造成的傷害。

從人工智能到核聚變，從碳捕捉到智能電網(wǎng)，從人造肉到石墨烯……這些新的技術(shù)能否幫助我們在正常獲取資源、能源的同時，減少對環(huán)境的傷害，并推動一個可持續(xù)發(fā)展的未來？

1。人工智能

就像人工智能可以幫助我們檢測、診斷、治療人類疾病一樣，人工智能也能夠幫助我們監(jiān)測、預(yù)測、識別環(huán)境風(fēng)險，并推進(jìn)環(huán)境保護(hù)。

目前，人工智能已經(jīng)在環(huán)保領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，例如：

在一項為期三年的印度尼西亞珊瑚礁研究項目中，攝影師拍攝了近60000張水下圖片。要識別和分析一張照片，一個珊瑚礁科學(xué)家要花10到15分鐘，而通過人工智能的快速分析，現(xiàn)在只需要幾秒鐘。

微軟目前正在推進(jìn)人工智能地球計劃(AI for Earth)項目，該項目已經(jīng)向那些將人工智能技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)的團(tuán)隊提供了200多項研究資助，這些研究涉及生物多樣性、氣候、水和農(nóng)業(yè)四個領(lǐng)域。

人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)算法還被用于冰面分析，以測量隨著時間的推移而發(fā)生的變化；用于幫助研究人員以精確的布局種植新的森林，并最大限度地吸收碳排放；用于建設(shè)預(yù)警系統(tǒng)，以阻止破壞性的藻華的蔓延。

人工智能正在對農(nóng)業(yè)實踐產(chǎn)生影響，并將很快改變工業(yè)化國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，減少我們對農(nóng)藥的依賴，并大幅降低水的消耗；人工智能將使自動駕駛汽車更有效地導(dǎo)航，減少空氣污染；材料科學(xué)家正在部署人工智能技術(shù)，開發(fā)可生物降解的塑料替代品，并制定清潔海洋的戰(zhàn)略。

2。核聚變

我們的太陽是由氫原子核聚變產(chǎn)生氦來驅(qū)動的。幾十年來，科學(xué)家們一直致力于利用同樣的方法來創(chuàng)造可持續(xù)的陸地能源。從生態(tài)學(xué)的角度來看，這項努力非常具有說服力，因為它代表了一種零碳排放的能源形式。與核裂變不同，核聚變不會產(chǎn)生長時間的放射性核廢料。

問題在于熱量。當(dāng)兩個粒子融合時，要產(chǎn)生凈正能量，反應(yīng)必須在數(shù)百萬攝氏度下進(jìn)行，這意味著你用來融合的任何容器都會熔化。答案是在漂浮的等離子體中暫停反應(yīng)，這樣極端的熱量就不會接觸到腔室，研究人員認(rèn)為這一過程可以通過使用高功率磁鐵來實現(xiàn)。

大量報道認(rèn)為，人類要用上核聚變能源，還需要30年時間，但麻省理工學(xué)院的一個研究小組表示，通過使用新型超導(dǎo)材料生產(chǎn)聚變反應(yīng)堆中的超強磁鐵，可以在短短15年內(nèi)將核聚變動力送入電網(wǎng)。該項目由麻省理工學(xué)院和一家私人企業(yè)CFS(Commonwealth Fusion Systems)合作開發(fā)，獲得了意大利能源巨頭埃尼(Eni)的5000萬美元投資。

中國在核聚變研究領(lǐng)域也已經(jīng)處于世界前沿：

2018年，我國大科學(xué)裝置“人造太陽”實現(xiàn)等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億度，獲得的多項實驗參數(shù)接近未來聚變堆穩(wěn)態(tài)運行模式所需要的物理條件，朝著未來聚變堆實驗運行邁出了關(guān)鍵一步。

2019年6月，我國新一代可控核聚變研究裝置“中國環(huán)流器二號M”的全面工程安裝拉開序幕。這一裝置采用了更先進(jìn)的結(jié)構(gòu)與控制方式，等離子體溫度將有望超過2億攝氏度。

此外，據(jù)最新消息，中科院核能安全技術(shù)研究所鳳麟團(tuán)隊研發(fā)的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的中子輸運設(shè)計與安全評價軟件系統(tǒng)SuperMC“超級蒙卡”通過歐洲核聚變示范堆的適用性測評。該軟件被推薦作為歐洲聚變聯(lián)盟(EUROfusion)核聚變示范堆的核設(shè)計軟件。

3。碳捕捉

空氣中太多的二氧化碳太多正在讓地球變暖。如果我們能捕捉并隔離碳排放，對地球的生態(tài)環(huán)境保護(hù)將帶來怎樣的作用？

碳捕捉與儲存(Carbon Capture and Storage，CCS)作為一種新興技術(shù)，在未來幾十年里將對環(huán)境保護(hù)發(fā)揮重要作用。根據(jù)CCS協(xié)會的界定，捕捉技術(shù)可以通過以下三種方法之一來分離發(fā)電和工業(yè)過程中產(chǎn)生的氣體中的二氧化碳：燃燒前捕捉、燃燒后捕捉和富氧燃料捕捉。隨后，被捕捉的碳通過管道輸送并儲存在地下很深的巖層中。

2017年，世界上第一座碳捕捉工廠在瑞士投產(chǎn)，Climeworks AG成為有史以來第一個以工業(yè)規(guī)模從空氣中捕捉二氧化碳并直接出售給買主的工廠。該工廠將捕捉的二氧化碳通過地下管道傳送到溫室，并將這些氣體用于幫助蔬菜的生長。該公司希望在未來十年內(nèi)大幅擴(kuò)展其技術(shù)，還發(fā)出了豪言：到2025年，要捕捉全球1%的年二氧化碳排放量。

此外，在美國和加拿大，也有一部分創(chuàng)業(yè)公司正在開發(fā)碳捕捉工廠。例如，加拿大創(chuàng)業(yè)公司Carbon Engineering致力于開發(fā)直接從空氣中捕捉碳的技術(shù)，新近于2019年3月獲得6800萬美元融資，投資者陣容龐大，包括微軟聯(lián)合創(chuàng)始人比爾·蓋茨、雪佛龍科技風(fēng)險投資公司等。這也是該領(lǐng)域創(chuàng)業(yè)公司目前獲得的最大一筆創(chuàng)業(yè)投資。

4。智能電網(wǎng)

可以說，當(dāng)前的電網(wǎng)的運作方式仍然繼承了19世紀(jì)和20世紀(jì)那些老舊的模式和問題：電力生產(chǎn)高度集中，逐步分發(fā)到下游，并最終到達(dá)終端用戶。問題是這些電網(wǎng)對使用和輸出的波動非常敏感。為了使其可靠地工作，往往需要生產(chǎn)過剩的能源。此外，這種電力分發(fā)系統(tǒng)容易受到攻擊，而且往往依賴于排放污染的能源。

目前，許多國家已經(jīng)在大力推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)。智能電網(wǎng)與其說是某項單一的技術(shù)，不如說是眾多能源、配電、網(wǎng)絡(luò)、自動化和傳感技術(shù)的集成部署，是應(yīng)對21世紀(jì)能源供需矛盾的一次變革。

通過采用智能電網(wǎng)技術(shù)，電網(wǎng)將迎來全新改變：本地的能源生產(chǎn)將對接到家庭水平，而家庭水平的電力可以反饋到電網(wǎng)上游；傳感技術(shù)和更精確的預(yù)測模型將對能源生產(chǎn)進(jìn)行微調(diào)，以避免生產(chǎn)過剩；而更好的電池技術(shù)將使可再生能源得以實時儲存；隨著家用電器變得越來越智能，電網(wǎng)可能會開始自動發(fā)出信號，要求其關(guān)閉以節(jié)省電力。

總體而言，智能電網(wǎng)將帶來電力基礎(chǔ)設(shè)施運作方式的巨大變化。根據(jù)電力研究所(Electric Power Research Institute)的一項研究，到2030年，智能電網(wǎng)技術(shù)可能幫助我們將碳排放量比10年前減少58%。

5。環(huán)境傳感器

要保護(hù)環(huán)境，首要的是對環(huán)境變化能夠做到隨時心中有數(shù)。隨著傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算等技術(shù)的發(fā)展，遍布各地的環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò)將能夠?qū)Νh(huán)境變化進(jìn)行實時感知、數(shù)據(jù)提取和精確分析，從而實現(xiàn)對環(huán)境變化更為精確的監(jiān)測。

現(xiàn)在，無數(shù)的網(wǎng)絡(luò)傳感器已經(jīng)被用于監(jiān)測空氣和水質(zhì)，識別污染物，跟蹤酸化，并捕捉對我們的社會和經(jīng)濟(jì)福祉至關(guān)重要的現(xiàn)象的實時數(shù)據(jù)；監(jiān)測建筑物能源和用水的局部傳感器網(wǎng)絡(luò)正在幫助我們減少浪費；可穿戴的空氣質(zhì)量傳感器正在路上。所有這些傳感器的進(jìn)一步增長和網(wǎng)絡(luò)化將極大地影響我們的生活方式，也將對智慧城市的建設(shè)與發(fā)展，以及更大范圍的環(huán)境保護(hù)帶來有效的推動。

6。新型電池

能源是阻礙許多綠色技術(shù)發(fā)展的限制因素。例如，風(fēng)能和太陽能能夠產(chǎn)生大量電力，但采用這些技術(shù)卻受到了一個不可能突破的限制條件：有時沒有風(fēng)，也沒有陽光。此外，雖然電動汽車技術(shù)正在快速發(fā)展，但除非技術(shù)不斷進(jìn)步，成本不斷降低，基礎(chǔ)設(shè)施不斷升級，否則化石燃料仍將占據(jù)主導(dǎo)地位。

要解決這些問題，亟需高效的能源存儲，包括新型電池技術(shù)的輔助。

據(jù)美國清潔空氣特別工作組(Clean Air Task Force)稱，美國加州要實現(xiàn)僅通過可再生能源100%供電的宏大目標(biāo)，就需要在能源儲存系統(tǒng)上投入高達(dá)3600億美元的資金。

眾多創(chuàng)業(yè)公司正在該領(lǐng)域進(jìn)行突破，例如儲能技術(shù)開發(fā)商Form Energy專注于研發(fā)制造能夠長期大量存儲電能的硫基水系液流電池，并且為長達(dá)幾個星期、幾個月甚至幾年的電力存儲找到解決方案。據(jù)稱，該項技術(shù)能夠使可再生能源實現(xiàn)全年完全穩(wěn)定和可調(diào)度的分配，并且可以擴(kuò)大傳輸容量而無需使用新電線。該公司目前已獲得意大利石油和天然氣巨頭埃尼集團(tuán)(Eni)等機(jī)構(gòu)的近5000萬美元融資。

7。人造肉

近年來，越來越多人意識到工業(yè)化牲畜養(yǎng)殖與大規(guī)模屠宰對環(huán)境帶來的破壞。2017年，超過15000名世界科學(xué)家發(fā)出警告，呼吁大幅減少人均肉類消費。

其最大的問題在于土地使用。例如，每生產(chǎn)100克牛肉就需要164平方米的牧場，這是中美洲和南美洲森林砍伐的主要原因之一，并導(dǎo)致前所未有的碳排放。另據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)，牲畜排放的溫室氣體約占人為排放量的14.5%。此外，動物也使用大量的淡水，而工業(yè)化畜牧業(yè)的污染徑流對當(dāng)?shù)厮Y源也造成了污染。

在這樣的背景下，人造肉應(yīng)運而生。一些科技初創(chuàng)公司正在通過生物合成、基因編輯、細(xì)胞農(nóng)業(yè)等新技術(shù)，在提升食品行業(yè)效率的同時，大幅減少對環(huán)境的破壞。

以Beyond Meat、Impossible Foods為代表的植物肉生產(chǎn)商，以Mosa Meat、Memphis Meats為代表的實驗室培植肉生產(chǎn)商，以BlueNalu、Finless Foods為代表的海鮮替代食品生產(chǎn)商都在這一新興行業(yè)發(fā)起沖擊。其中，Beyond Meat在今年5月的成功上市，更是掀起了人造肉創(chuàng)業(yè)與投資熱潮。

8。植物性塑料

塑料廢棄物對環(huán)境的巨大破壞顯而易見。為此，全球許多國家都已經(jīng)頒布禁塑令，以限制一次性塑料的使用。如何從技術(shù)角度去解決這一問題，也越來越引起各大食品廠商、包裝廠商和眾多創(chuàng)業(yè)公司的關(guān)注。

可生物降解的植物性塑料是這些公司正在開發(fā)的一種可行的解決方案。因為理論上，它們可以取代許多已經(jīng)在流通的塑料產(chǎn)品。例如，印尼一家名為Avani Eco的公司從2014年開始用木薯生產(chǎn)生物塑料。

但是，值得注意的是，并非所有生物塑料都能生物降解，一些與生產(chǎn)技術(shù)有關(guān)的優(yōu)點也存在爭議。在未來，該行業(yè)如何不斷實現(xiàn)技術(shù)升級，以及推進(jìn)植物性塑料的大規(guī)模商用，將是一個長期存在的問題。

9。石墨烯

石墨烯材料源于2004年在曼徹斯特大學(xué)首次發(fā)現(xiàn)的超薄石墨層。石墨烯比鋼更堅硬，比紙更薄，比銅更導(dǎo)電，是一種真正的神奇材料。

目前，石墨烯已經(jīng)成為熱門研究領(lǐng)域，以及引發(fā)無盡想象力的技術(shù)主題。許多人預(yù)測它將是繼青銅、鐵、鋼和硅之后的，下一個揭示我們物種文化和技術(shù)進(jìn)化的領(lǐng)域。

石墨烯只有一個原子厚，具有柔韌性、透明性和高導(dǎo)電性，因此適合于廣泛的環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，例如水過濾、能夠以最小損耗遠(yuǎn)距離傳輸能量的超導(dǎo)體，以及光伏應(yīng)用等等。通過大大提高現(xiàn)有材料的效率，石墨烯可能被證明是我們實現(xiàn)綠色重生的基石。

10。太陽能玻璃

如果摩天大樓的每個窗戶都能產(chǎn)生能量，對我們的能源利用效率將產(chǎn)生怎樣的改變？這就是太陽能玻璃的前景。

太陽能玻璃是一種新型透明窗材料，能捕捉太陽的能量并將其轉(zhuǎn)化為電能。作為一項新興技術(shù)，它在建筑節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。

對于太陽能玻璃來說，最大的技術(shù)障礙是能量轉(zhuǎn)化效率。目前，高性能太陽能電池可以達(dá)到25%或更高的轉(zhuǎn)化效率，但太陽能玻璃要保持透明度，就意味著犧牲光轉(zhuǎn)化為電的效率。

目前，美國密歇根大學(xué)的一個研究小組正在開發(fā)一種太陽能玻璃產(chǎn)品，能夠讓50%的光通過，并實現(xiàn)15%的轉(zhuǎn)化效率。該小組發(fā)表的一項研究預(yù)測，有50億至70億平米的可用窗戶空間，足夠用太陽能玻璃產(chǎn)品滿足美國40%的能源需求。目前，該項目已獲得美國能源部太陽能技術(shù)辦公室的130萬美元資助。

總體來看，上述技術(shù)中，有的已經(jīng)投入應(yīng)用，有的還處在研發(fā)階段，有的甚至還處于爭議和質(zhì)疑之中。但不管如何，人類在應(yīng)對氣候變化、環(huán)境危機(jī)的征途中，新技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用將不斷實現(xiàn)進(jìn)步。