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從人工智慧到核聚變，從碳捕捉到智能電網，從人造肉到石墨烯……這些新的技術能否幫助我們在正常獲取資源、能源的同時，減少對環境的傷害，並推動一個可持續發展的未來？
作者：王進
來源：資本實驗室（ID：coinsay）
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、讓我們的生存環境經受日趨嚴重的考驗。
大問題往往意味著大機會。在人類對環境製造麻煩的過程中，勢必又不斷催生出各種新技術，用於修復曾對環境造成的傷害。
從人工智慧到核聚變，從碳捕捉到智能電網，從人造肉到石墨烯……這些新的技術能否幫助我們在正常獲取資源、能源的同時，減少對環境的傷害，並推動一個可持續發展的未來？
人工智慧
就像人工智慧可以幫助我們檢測、診斷、治療人類疾病一樣，人工智慧也能夠幫助我們監測、預測、識別環境風險，並推進環境保護。
目前，人工智慧已經在環保領域得到廣泛應用，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，一個珊瑚礁科學家要花10到15分鐘，而通過人工智慧的快速分析，現在只需要幾秒鐘。
微軟目前正在推進人工智慧地球計劃（AI for Earth）項目，該項目已經向那些將人工智慧技術應用於環境保護的團隊提供了200多項研究資助，這些研究涉及生物多樣性、氣候、水和農業四個領域。
人工智慧和機器學習算法還被用於冰面分析，以測量隨著時間的推移而發生的變化；用於幫助研究人員以精確的布局種植新的森林，並最大限度地吸收碳排放；用於建設預警系統，以阻止破壞性的藻華的蔓延。
人工智慧正在對農業實踐產生影響，並將很快改變工業化國家的農業生產方式，減少我們對農藥的依賴，並大幅降低水的消耗；人工智慧將使自動駕駛汽車更有效地導航，減少空氣污染；材料科學家正在部署人工智慧技術，開發可生物降解的塑料替代品，並制定清潔海洋的戰略。
核聚變
我們的太陽是由氫原子核聚變產生氦來驅動的。幾十年來，科學家們一直致力於利用同樣的方法來創造可持續的陸地能源。從生態學的角度來看，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，核聚變不會產生長時間的放射性核廢料。
問題在於熱量。當兩個粒子融合時，要產生凈正能量，反應必須在數百萬攝氏度下進行，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，這樣極端的熱量就不會接觸到腔室，研究人員認為這一過程可以通過使用高功率磁鐵來實現。
大量報道認為，人類要用上核聚變能源，還需要30年時間，但麻省理工學院的一個研究小組表示，通過使用新型超導材料生產聚變反應堆中的超強磁鐵，可以在短短15年內將核聚變動力送入電網。該項目由麻省理工學院和一家私人企業CFS（Commonwealth Fusion Systems）合作開發，獲得了義大利能源巨頭埃尼（Eni）的5000萬美元投資。
中國在核聚變研究領域也已經處於世界前沿：
2018年，我國大科學裝置「人造太陽」實現等離子體中心電子溫度首次達到1億度，獲得的多項實驗參數接近未來聚變堆穩態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鍵一步。
2019年6月，我國新一代可控核聚變研究裝置「中國環流器二號M」的全面工程安裝拉開序幕。這一裝置採用了更先進的結構與控制方式，等離子體溫度將有望超過2億攝氏度。
此外，據最新消息，中科院核能安全技術研究所鳳麟團隊研發的具有完全自主智慧財產權的中子輸運設計與安全評價軟體系統SuperMC「超級蒙卡」通過歐洲核聚變示範堆的適用性測評。該軟體被推薦作為歐洲聚變聯盟（EUROfusion）核聚變示範堆的核設計軟體。
碳捕捉
空氣中太多的二氧化碳太多正在讓地球變暖。如果我們能捕捉並隔離碳排放，對地球的生態環境保護將帶來怎樣的作用？
碳捕捉與儲存（Carbon Capture and Storage，CCS）作為一種新興技術，在未來幾十年里將對環境保護髮揮重要作用。根據CCS協會的界定，捕捉技術可以通過以下三種方法之一來分離發電和工業過程中產生的氣體中的二氧化碳：燃燒前捕捉、燃燒後捕捉和富氧燃料捕捉。隨後，被捕捉的碳通過管道輸送並儲存在地下很深的岩層中。
2017年，世界上第一座碳捕捉工廠在瑞士投產，Climeworks AG成為有史以來第一個以工業規模從空氣中捕捉二氧化碳並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，並將這些氣體用於幫助蔬菜的生長。該公司希望在未來十年內大幅擴展其技術，還發出了豪言：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，也有一部分創業公司正在開發碳捕捉工廠。例如，加拿大創業公司Carbon Engineering致力於開發直接從空氣中捕捉碳的技術，新近於2019年3月獲得6800萬美元融資，投資者陣容龐大，包括微軟聯合創始人比爾·蓋茨、雪佛龍科技風險投資公司等。這也是該領域創業公司目前獲得的最大一筆創業投資。
智能電網
可以說，當前的電網的運作方式仍然繼承了19世紀和20世紀那些老舊的模式和問題：電力生產高度集中，逐步分發到下游，並最終到達終端用戶。問題是這些電網對使用和輸出的波動非常敏感。為了使其可靠地工作，往往需要生產過剩的能源。此外，這種電力分發系統容易受到攻擊，而且往往依賴於排放污染的能源。
目前，許多國家已經在大力推進智能電網建設。智能電網與其說是某項單一的技術，不如說是眾多能源、配電、網絡、自動化和傳感技術的集成部署，是應對21世紀能源供需矛盾的一次變革。
通過採用智能電網技術，電網將迎來全新改變：本地的能源生產將對接到家庭水平，而家庭水平的電力可以反饋到電網上游；傳感技術和更精確的預測模型將對能源生產進行微調，以避免生產過剩；而更好的電池技術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，電網可能會開始自動發出信號，要求其關閉以節省電力。
總體而言，智能電網將帶來電力基礎設施運作方式的巨大變化。根據電力研究所（Electric Power Research Institute）的一項研究，到2030年，智能電網技術可能幫助我們將碳排放量比10年前減少58%。
環境傳感器
要保護環境，首要的是對環境變化能夠做到隨時心中有數。隨著傳感器、物聯網、邊緣計算等技術的發展，遍布各地的環境傳感器網絡將能夠對環境變化進行實時感知、數據提取和精確分析，從而實現對環境變化更為精確的監測。
現在，無數的網絡傳感器已經被用於監測空氣和水質，識別污染物，跟蹤酸化，並捕捉對我們的社會和經濟福祉至關重要的現象的實時數據；監測建築物能源和用水的局部傳感器網絡正在幫助我們減少浪費；可穿戴的空氣品質傳感器正在路上。所有這些傳感器的進一步增長和網絡化將極大地影響我們的生活方式，也將對智慧城市的建設與發展，以及更大範圍的環境保護帶來有效的推動。
新型電池
能源是阻礙許多綠色技術發展的限制因素。例如，風能和太陽能能夠產生大量電力，但採用這些技術卻受到了一個不可能突破的限制條件：有時沒有風，也沒有陽光。此外，雖然電動汽車技術正在快速發展，但除非技術不斷進步，成本不斷降低，基礎設施不斷升級，否則化石燃料仍將占據主導地位。
要解決這些問題，亟需高效的能源存儲，包括新型電池技術的輔助。
據美國清潔空氣特別工作組（Clean Air Task Force）稱，美國加州要實現僅通過可再生能源100%供電的宏大目標，就需要在能源儲存系統上投入高達3600億美元的資金。
眾多創業公司正在該領域進行突破，例如儲能技術開發商Form Energy專注於研發製造能夠長期大量存儲電能的硫基水系液流電池，並且為長達幾個星期、幾個月甚至幾年的電力存儲找到解決方案。據稱，該項技術能夠使可再生能源實現全年完全穩定和可調度的分配，並且可以擴大傳輸容量而無需使用新電線。該公司目前已獲得義大利石油和天然氣巨頭埃尼集團（Eni）等機構的近5000萬美元融資。
人造肉
近年來，越來越多人意識到工業化牲畜養殖與大規模屠宰對環境帶來的破壞。2017年，超過15000名世界科學家發出警告，呼籲大幅減少人均肉類消費。
其最大的問題在於土地使用。例如，每生產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，並導致前所未有的碳排放。另據聯合國糧農組織數據，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，而工業化畜牧業的污染徑流對當地水資源也造成了污染。
在這樣的背景下，人造肉應運而生。一些科技初創公司正在通過生物合成、基因編輯、細胞農業等新技術，在提升食品行業效率的同時，大幅減少對環境的破壞。
以Beyond Meat、Impossible Foods為代表的植物肉生產商，以Mosa Meat、Memphis Meats為代表的實驗室培植肉生產商，以BlueNalu、Finless Foods為代表的海鮮替代食品生產商都在這一新興行業發起衝擊。其中，Beyond Meat在今年5月的成功上市，更是掀起了人造肉創業與投資熱潮。
植物性塑料
塑料廢棄物對環境的巨大破壞顯而易見。為此，全球許多國家都已經頒布禁塑令，以限制一次性塑料的使用。如何從技術角度去解決這一問題，也越來越引起各大食品廠商、包裝廠商和眾多創業公司的關注。
可生物降解的植物性塑料是這些公司正在開發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在流通的塑料產品。例如，印尼一家名為Avani Eco的公司從2014年開始用木薯生產生物塑料。
但是，值得注意的是，並非所有生物塑料都能生物降解，一些與生產技術有關的優點也存在爭議。在未來，該行業如何不斷實現技術升級，以及推進植物性塑料的大規模商用，將是一個長期存在的問題。
石墨烯
石墨烯材料源於2004年在曼徹斯特大學首次發現的超薄石墨層。石墨烯比鋼更堅硬，比紙更薄，比銅更導電，是一種真正的神奇材料。
目前，石墨烯已經成為熱門研究領域，以及引發無盡想像力的技術主題。許多人預測它將是繼青銅、鐵、鋼和矽之後的，下一個揭示我們物種文化和技術進化的領域。
石墨烯只有一個原子厚，具有柔韌性、透明性和高導電性，因此適合於廣泛的環境保護領域，例如水過濾、能夠以最小損耗遠距離傳輸能量的超導體，以及光伏應用等等。通過大大提高現有材料的效率，石墨烯可能被證明是我們實現綠色重生的基石。
太陽能玻璃
如果摩天大樓的每個窗戶都能產生能量，對我們的能源利用效率將產生怎樣的改變？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，能捕捉太陽的能量並將其轉化為電能。作為一項新興技術，它在建築節能和可持續發展領域引起了廣泛關注。
對於太陽能玻璃來說，最大的技術障礙是能量轉化效率。目前，高性能太陽能電池可以達到25%或更高的轉化效率，但太陽能玻璃要保持透明度，就意味著犧牲光轉化為電的效率。
目前，美國密西根大學的一個研究小組正在開發一種太陽能玻璃產品，能夠讓50%的光通過，並實現15%的轉化效率。該小組發表的一項研究預測，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辦公室的130萬美元資助。
總體來看，上述技術中，有的已經投入應用，有的還處在研發階段，有的甚至還處於爭議和質疑之中。但不管如何，人類在應對氣候變化、環境危機的征途中，新技術的開發與應用將不斷實現進步。
編輯：Sugar