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地球日2021:技术如何帮助抗击气候危机

经过|4月22日,2021年

七种新兴技术可以帮助减轻气候变化最毁灭性的影响。

图片信用:USGS上的Unsplash

科学共识很清楚,证据不可改容:气候危机在这里。几十多年来,将碳碳排放减少,以避免最具破坏性的影响,如全球气温,极端天气和水资源下降,毫无疑问,我们需要从社区的所有分支机构都需要紧急和雄心勃勃的行动,经济,政府改革和符合这一巨大目标。

虽然气候危机没有银弹解决方案,但技术在帮助减少碳排放时具有重要作用,同时消除了毁灭性的污染物。

为此,机器人和能源等不同领域的研究人员正在努力创造创新的解决方案。在这里,我们收集了过去几年发展起来的一些最具创新性的技术。

碳捕获技术

过去八十年来碳排放量升幅。根据环保局,CO2排放增加自1970年以来90%。该增加的最大贡献者是工业过程,化石燃料,农业和砍伐森林的燃烧。随着发展的持续和人口增加,这种向上趋势显示没有停止的迹象。但碳捕获是打击这个问题的最有效方法之一。

碳捕获涉及捕获来自大点来源的碳排放,如工厂和发电厂,在这些位置,烟囱配有溶剂过滤器,当燃烧化石燃料时,隔离释放的二氧化碳气体。然后,气体可以存储在安全位置(通常是地下)中,在那里它不能进入​​大气。碳捕获是一些有希望的前提,即世界上的一些人最富裕的慈善家甚至船上。

自1970年代以来,碳捕获技术的想法已经存在,但它的卷展览令人难以置信的缓慢。可以简单地解释缺乏广泛的卷展栏:这不够经济。正如它所说,政府或公司没有足够的兴趣来部署这项技术。但这并没有阻止科学家试图让它变得更好。

一群法国研究人员发现一种方法在2021,将碳捕获更有效。它们的方法涉及使用液体盐显着增加二氧化碳的吸收。一些液体盐也称为离子液体,具有与捕获二氧化碳分子反应的微观孔隙。通过这种发现,目前用于碳捕获的溶剂可以用液体盐代替,这更容易产生,更热稳定和非腐蚀性。

Agrivoltaics

据估计,世界各地有900万英亩的温室。这些空间内的植物拾取了他们需要启动光合作用并忽略其余的光的波长。这留下了一件可怕的能量,只是浪费了。

在一个开放的领域,没有办法捕捉这种浪费的能量,在温室中,玻璃屋顶为将浪费的光子的能量转化为电力而提供了完美的框架。2020年,来自欧洲各地的一支研究人员测试了会发生什么在温室屋顶上安装了有色半透明太阳能电池板

这些太阳能电池板捕获了浪费的波长光,同时通过罗勒和在下面生长的菠菜所需的波长。使用该系统,与对照温室相比,两种植物产生的生物量的平均量略微下降。然而,当考虑生产的电力价格时,生产两种作物的总价值显着上升,使这项技术对环境更有利,而且农民更有利可图。

可持续的水净化

据估计,世界各地,人们为21万人有限地访问安全饮用水。最广泛使用的清洁不安全水的技术使用一种叫做“反渗透”的过程。它利用巨大的压力将水抽过一层防止盐通过的膜。这个过程需要在3和5千瓦时生产1000升饮用水。

在清理水域可以有一系列其他技术,但这些技术往往需要比反渗透更多的电力。这是太阳能热驱动净化的例外。

至少有一个在埃及开发的试点项目它使用直接的太阳能来净化水,在一个显著的规模。这个试验装置净化水的速度比现代反渗透装置要少10倍左右。为了弥补这一差距,使这项技术更具竞争力,新的蒸发系统将至关重要。

该领域定期发布有趣的新设计,多年来的性能逐渐改善。为了选择一些代表性的例子,该工作报告这里, 和这里, 和这里他们将继续在过去的研究基础上进行研究,并证明从长远来看,更陈旧、更脏的技术可能会失去竞争优势。

绿色的氢

在过去的几年里,氢已经成为能源系统脱碳的一项重要技术。鉴于它作为一种多功能、零碳燃料的潜力,专家预测(如果投资得当)它可以被用于供应世界能源需求的25%到2050年。

虽然有多种方法制造氢气 - 但其中一些不是碳中性的 - 正在制作碳中的施力来克服生产中的挑战“绿色”氢气通过从可再生能源电能电解的电解。作为热力学的结果,这是一种能源密集型的过程,需要专门的设备,使其昂贵。根据国际能源机构的说法,今天少于0.1%的氢通过水电解产生,但这很快就会发生变化。

在这种情况下,去年报告了一种令人兴奋的发展,其中使用微波诱导的金属氧化物氧化还原循环来生产用于分裂H的绿色氢气2在250°C以下工作的O蒸气-这个过程的标准温度范围从700°C到1500°C。

虽然在其可逆金属氧化物氧化还原化学中相似太阳能热水分裂过程考虑到相对温和的温度条件、反应器设计的简洁性、相对于极端条件的可伸缩性以及其他装置要求的设计复杂性,使用微波功率代替集中太阳能是很有吸引力的。微波诱导水裂解的重复性也被观察了7个周期,这提供了使用微波压力摆动或通过化学循环反应器配置连续产生氢气的潜力。

扩大这类绿色氢技术的规模,对于帮助全球经济实现净零排放至关重要。许多专家预测,未来这些技术将成为我们生活中不可或缺的一部分。

微吸管分解纺织废物

可支配纺织品如化妆品湿巾和医用面具只是社会面临的污染问题之一。长期以来一直研究可生物降解的塑料或塑料酶,以解决单用塑料的猖獗使用,但相同的纺织品创新相对越来越忽略。

捷克共和国的研究人员最近提出了一种新的解决方案,可以帮助打破环境中的纺织废物;使用微型机器人这可能会破坏在一次性废物中发现的改性或合成纤维的复杂结构,例如湿巾。这种湿布通常由改性纤维素,聚丙烯和额外的合成化学混合物制成,其在自然环境中不会轻易分解。

用于解决这一问题的微型机器人由类钙钛矿的钨酸铋制成,可以在可见光照射下自动推进。这些机器人的化学特性使它们能够瞄准并“聚集”纤维材料,然后通过光诱导氧化将其分解。人们希望这能用于废水处理,因为废水中有很多纤维。

耦合型号互通项目(CMIP5)

建模是研究人员研究气候的最常见方式之一。计算机模型依赖于不同的数学方程,以表征如何通过大气和地球移动。模型提供气候学家能够看到未来的能力,让索赔行星如何表现。其中一个最常用的气候模型称为耦合型号互相项目(CMIP5),并在2010年协作设计,以帮助增加对气候的理解。虽然CMIP5并不完美,但一些研究人员正在寻找更好的方法。

Petr Chylek和他的同事在他们2020年的论文中试图了解CMIP5对火山气溶胶在地球上的冷却效果的准确估计。火山爆发时,火山灰和煤烟被喷射到大气中反射传入的阳光,从而使地球冷却一段时间。Chylek的团队认为,CMIP5要么高估了这一冷却水平,要么低估了这一水平。在他们的研究中,研究小组回溯模型,以确定如何评估火山冷却。然后他们将输出结果与历史数据进行比较,发现CMIP5实际上是,高估了火山冷却的作用在地球上。

在类似的研究中,由FranciscojoséCuesta-valero领导的研究小组评估了CMIP5估计土地的热能如何。作者解释说,虽然大多数地球的进入的热量储存在海洋中,但在大陆地下存储了类似的金额。这种经常被忽视的价值对于适当确定地球的能量是如何分配的,以及如何影响土壤中的碳封存的碳处理中的气候过程以及我们星球的永久冻土的稳定性。Cuesta-Valero和他的团队研究了32种不同的CMIP5模拟,发现CMIP5是始终低估了大陆储存与地热数据相比。

CMIP5不断研究和更新,并且在其模拟未来气候条件的能力方面所做的更多研究,我们可以了解自己的星球。