科技日報實習(xí)記者 張佳欣

頂級工程創(chuàng)新，近則關(guān)系生產(chǎn)生活，遠則關(guān)系地球未來。比如，如何解決食品和能源生產(chǎn)等領(lǐng)域難以脫碳的困境？近日，美國《大眾科學(xué)》月刊盤點了過去一年來最令人“眼花繚亂”的工程創(chuàng)新，除了展示了綠色技術(shù)的進步，還涉及更安全的采礦方式、可解開蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)奧秘的人工智能（AI），以及激動人心的全球首款海上過山車等。

1.世界上第一種無化石鋼

無化石鋼告別CO2排放

煉鋼產(chǎn)生的碳排放量占世界碳排放量的7%—9%。為了減少碳足跡，瑞典HYBRIT（突破性氫煉鐵技術(shù)）項目致力于用可再生的電力和氫氣取代傳統(tǒng)上以礦石為基礎(chǔ)的煉鋼所需的焦煤。他們開發(fā)了一種“綠色鋼材”。氫氣在豎爐里與礦石中的氧發(fā)生反應(yīng)，利用風(fēng)能和水電加熱到約816℃。此過程中排出氫氣和水，而非二氧化碳（CO2），由此產(chǎn)生的“海綿鐵”再在含有少量碳的電弧爐中熔化，制造出鋼鐵。這一過程的CO2排放量不到傳統(tǒng)方法的2%。

2.綠色氨動力油輪

瓦錫蘭攜手Grieg打造全球首艘綠色氨動力油輪

在世界各地運輸貨物的大型集裝箱船其實是巨大的污染源，其產(chǎn)生的CO2排放量幾乎占全球的3%。今年，芬蘭瓦錫蘭公司與挪威航運集團的創(chuàng)新部門合作，聯(lián)手打造無碳氨動力船舶。目前，瓦錫蘭公司已經(jīng)在實驗室成功完成了使用70%氨混合燃料發(fā)動機的測試，并計劃于2024年之前下水一艘純氨燃料動力油輪。

3.全球首個垂直海鮮生產(chǎn)系統(tǒng)

“垂直海洋”為蝦提供更清潔可持續(xù)環(huán)境

自1980年以來，全球海水養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展已間接導(dǎo)致大約340萬英畝的紅樹林被毀。破壞這些吸碳生態(tài)系統(tǒng)會產(chǎn)生極高的碳足跡。

新加坡農(nóng)業(yè)食品科技初創(chuàng)公司“垂直海洋”開發(fā)的巨大“水塔”就在新加坡本島南部，是高效堆積在垂直塔中的模塊化生長棲息地，也是世界上第一個真正的垂直海鮮生產(chǎn)系統(tǒng)。在這里，海水在平衡的生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)，動植物愉快地共存。這種方式讓幾乎100%的水得到了循環(huán)，而且無需修建下水道。今年，這一垂直海鮮生產(chǎn)系統(tǒng)共收獲了10批蝦，總計超過1噸的甲殼類動物。

4.坍塌大橋重建復(fù)用

機器人的“眼睛”會不斷檢查圣喬治橋上最微小的缺陷

2018年意大利熱那亞莫蘭迪大橋坍塌，造成43人死亡。經(jīng)建筑師倫佐·皮亞諾重新設(shè)計的圣喬治橋今年早些時候揭幕，取代了莫蘭迪橋。新橋添加了多種自動傳感功能來檢測故障。一對2噸重的檢測機器人在碳復(fù)合材料軌道上跨過大橋，每8小時拍攝2.5萬張照片，從而讓機器視覺軟件能夠發(fā)現(xiàn)任何異常。此外，太陽能電池板還滿足了大橋95%的能源需求，包括提供照明和檢查危險接縫裂開的傳感器所需電力。

5.海上首例過山車

“閃電”——美國嘉年華郵輪公司的終極海上過山車

在陸地上玩過山車早已不是新鮮事，美國嘉年華郵輪公司的“閃電”（Bolt）過山車竟建在海上郵輪上?！伴W電”全程長近244米，具有扭曲旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)彎和快速下降等部分，時速可達近64公里，并可在海拔約57米的高度行進。因其利用電力驅(qū)動而非重力和慣性，操作員可以隨時控制“閃電”的速度，防止失控。

6.新電池可續(xù)航百小時

“大吉姆”——昂貴電池的“平替”

由于鎳、鈷、鋰和錳等礦物質(zhì)價格昂貴，目前的鋰離子電池每千瓦時的價格為50—80美元。美國創(chuàng)業(yè)公司Form Energy開創(chuàng)了一種新型廉價電池——鐵空氣金屬電池，其原料是地球上最豐富的金屬之一：鐵。其成本僅為每千瓦時20美元。該電池將在2025年投運，可持續(xù)提供100小時的電力。

7.AI“構(gòu)想”新蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

深度思維公司開發(fā)的阿爾法折疊系統(tǒng)“構(gòu)想”出具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的新蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)折疊問題是生物學(xué)領(lǐng)域的一項重大挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在，AI解決了這一問題。美國深度思維（DeepMind）公司開發(fā)的阿爾法折疊系統(tǒng)已經(jīng)能“構(gòu)想”出具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的新蛋白質(zhì)。

此前，科學(xué)家只知道人體大約2萬種蛋白質(zhì)中約17%的3D結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在，利用阿爾法折疊，科學(xué)家獲得了幾乎所有（98.5%）人類蛋白質(zhì)組的3D結(jié)構(gòu)。其中36%的預(yù)測準(zhǔn)確率非常高，已達到原子水平。

8.制冷面板可反射熱量

能反射光線的納米技術(shù)屋頂

空調(diào)和風(fēng)扇會消耗世界上10%的電力，預(yù)計到2050年，空調(diào)的使用量還將增加兩倍，吸收更多的能量，并將熱量返還到周圍的環(huán)境中。美國SkyCool系統(tǒng)公司正在用能反射光線的納米技術(shù)屋頂打破這種有害循環(huán)，預(yù)計每年約可節(jié)省6000美元的電費。

新輻射冷卻面板上覆蓋了多層光學(xué)薄膜，可以將波長在8—13微米之間的熱輻射散發(fā)出去，最終穿過地球大氣層并進入太空。此過程中，面板溫度最高可降低約9.4℃，為建筑系統(tǒng)提供零排放冷卻。

9.地下礦山爆破新方案

Avatel機器人讓礦工在作業(yè)時大大降低了風(fēng)險

采礦業(yè)是世界上最危險的行業(yè)之一。鋪設(shè)炸藥、炸毀隧道等種種作業(yè)中都存在危險，有時還會發(fā)生地震。

澳大利亞澳瑞凱公司為危險的采礦行業(yè)提供了創(chuàng)新的特種機器人——Avatel機器人，這是全球首款雙臂、半自動、全機械化炸藥輸送系統(tǒng)，只需一名操作員就能在安全環(huán)境下為其準(zhǔn)備并裝填炸藥。其利用WebGen無線啟動系統(tǒng)，充電時不需要有線連接。

10.無人帆船深入颶風(fēng)內(nèi)部

風(fēng)暴越來越劇烈，但風(fēng)暴追蹤技術(shù)也越來越厲害

為了解颶風(fēng)是如何加強的并更好地預(yù)測未來的災(zāi)害，科學(xué)家們需要風(fēng)暴中的氣壓、水溫、濕度和風(fēng)力等數(shù)據(jù)。

今年9月，美國無人船企業(yè)Saildrone一架型號為Explorer SD 1045的約7米長的自動駕駛帆船“直搗黃龍”，深入4級颶風(fēng)“山姆”內(nèi)部，成為有史以來第一艘進入颶風(fēng)中心的機器人船只。其機翼被縮短，能更好地承受極端條件，這艘無人駕駛帆船提供了首批此類風(fēng)暴內(nèi)部的數(shù)據(jù)和畫面，而所有工作都是在風(fēng)速達到每小時190公里的情況下進行的。

本文圖片來源：《大眾科學(xué)》網(wǎng)站

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