10項創意科技走入生活(下)

10項創意科技走入生活(下)

撰文╱歐戴、翻譯╱林慧珍

創新6

電動飛機高飛

2019年,航空業的碳排放量佔全球的2.5%;2050年,這個比率可能提高到3倍。有些航空公司開始降低碳排放量,但仍不足。許多公司爭相開發電動飛機以求補足所需的運輸量,電動推進馬達不僅直接減少碳排放量,還可使燃料成本降低90%、維護成本降低50%、噪音降低近70%。

空中巴士、Ampaire、MagniX 和Eviation 公司已投入開發電動飛機,供私人、企業或通勤使用的機種正在試飛。美國最大的國內航空公司海角航空(Cape Air)則可能率先採用電動飛機:該公司預計採購Eviation的愛麗絲9人座電動飛機。海角航空執行長沃爾夫表示,這不只對環境有益,也降低營運成本。

短時間內,電動飛機的缺點仍是航程。目前最先進電池的比能遠低於傳統燃料,因此每次飛行所需的電池重量遠大於傳統燃料,且較佔空間。目前全球約半數航班的航程少於800公里,目標是在2025年前以電動飛機取代這些班機。

創新7

低碳水泥

混凝土是最常用的人工材料,是建築的主要建材。水泥是混凝土的主要成份之一,製造過程中產生的二氧化碳相當可觀。

建築業雖然一直以安全性和可靠度等各種理由拒絕改變,但減緩氣候變遷的壓力或許真的促進了改變。美國紐澤西州的新創公司Solidia運用由羅格斯大學授權的化學製程,把生產水泥的二氧化碳排放量降低30%;和傳統製程相比,這種方法使用的黏土較多、石灰岩較少,所需的熱也較少。加拿大新斯科細亞的CarbonCure則從其他工業製程捕集二氧化碳,並製成礦物融入混凝土中,避免成為副產物逸入大氣。拿大蒙特婁的CarbiCrete開發的混凝土完全不使用水泥,而以煉鋼的副產物爐渣代替。挪威的水泥主要生產廠商Norcem計畫把一座工廠變成全世界第一座零排碳水泥廠;這座工廠目前已經使用來自廢棄物的替代能源,並準備引進碳捕集與封存技術,計畫於2030年達成零排碳的目標。

創新8

量子感測器

近來,量子電腦十分熱門,量子感測器同樣潛力無窮:可使自動駕駛車輛「看見」轉角的另一邊,或用來開發水下導航系統、火山活動和地震的早期預警系統,以及監測人類大腦活動的攜帶式掃描儀。

量子感測器借助物質的量子性質,可達到極高精確度,例如利用電子不同能態的差異做為測量基本單位。原子鐘即是一例:全球時間標準是以銫133原子在其基態的兩個超精細能階之間躍遷時,所放出輻射週期的91億9263萬1770倍的持續時間做為秒的定義。其他量子感測器也是運用原子躍遷,偵測微小的運動改變和重力、電場和磁場的細微差異。

不過量子感測器有其他製造方式。例如英國伯明罕大學正在研發以自由墜落的超冷原子,偵測局部重力改變。這類量子重力計可偵測地下管道、纜線和目前只能靠挖掘才能發現的物體。在海上航行的船隻也能以類似技術偵測水下物體。

創新9

綠氫

氫燃燒時的副產物只有水;數十年來,氫一直是許多人夢寐以求的零碳排放能源。但傳統製氫程序中,必須使用化石燃料混合蒸汽,遠稱不上零碳排放。以這種方式製造的氫稱為「灰氫」,如果把製程中產生的二氧化碳捕集並儲存,則稱為「藍氫」。

以電解方式製造的「綠氫」不一樣:機器把水分解成氫和氧,沒有其他副產物。以往電解過程必須消耗大量電力,現在的狀況已經改善,有兩個理由:第一,電網中有大量多餘的再生電力,可用來電解水,生產氫並「儲存」;第二,電解裝置效率越來越高。現在有些公司正在開發的電解裝置,可生產和灰氫或藍氫一樣便宜的綠氫。分析專家預測,這些公司將在10年內達成目標。

創新10

全基因組列印

在新冠肺炎疫情大流行初期,中國科學家把新冠病毒的遺傳序列上傳到遺傳資料庫中。之後,瑞士一個研究團隊合成了整個基因組,並據以製造出病毒,這就像是遠距傳物,把病毒傳遞到科學家的實驗室中進行研究,而不必等待實體樣本。速度之快,說明了全基因組列印(whole-genome printing)何以能促進醫學及其他方面的研究。

合成生物學領域正蓬勃發展,全基因組合成是其中之一,研究人員運用軟體來設計想要合成的遺傳序列,然後將其引入微生物的基因組,藉此改造微生物,好讓微生物幫忙做事,例如生產新的藥物。到目前為止,研究人員多半只把基因組稍加編輯,但是合成技術及軟體的改善,促使更大範圍的遺傳材料合成、進而更廣泛改變基因組。2019年一個研究團隊合成出一種啤酒酵母菌的基因組,包含近1100萬個核苷酸序列。如此大片段基因組的設計及合成,把微生物變成了工廠,可產製藥物及生產許多物質;經過設計,這類工廠能利用非食用的生質材料來生產各種化學物質、燃料及新型建材。


本文取自《科學人》雜誌2021年1月號,更多的內容歡迎閱讀《科學人》雜誌。相關訊息網址:sa.ylib.com


 

 

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