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  台风暴雨和洪涝灾害,令地球的环境越发脆弱;气候变暖、粮食危机、能源枯竭已成为考验地球人的主要难题。美国的一群科学家为我们描绘了一个环境未来的乌托邦,清洁安全的核能成为地球的主导能源;马路上铺设太阳能面板可储存太阳动力;干旱沙漠里,“水凝胶”让稀少的雨水凝聚起来滋养植物;人类甚至可以用一种特殊细菌分泌的石灰石建造稳固的地下住宅……这就是美国《大众科学》杂志为我们呈现出的对环境的远见。
  核能复兴 
2070年,一列从纽约开往波士顿的火车上,窗外是一两个核能发电厂,却没有城市的钢筋水泥,也没有满是风车的农场,更没有太阳能电池阵或是生物量厂。在时速达480公里每小时的磁悬浮列车上,列车靠来自核电厂的能力推动前进——这是美国环保学者杰西·奥索贝尔对2070年的畅想。他倾向于用核能提高土地使用率的环保方法,抛弃诸如风车、大规模太阳能和生物燃料这类低能效的可再生资源。

环境的远见
这是2070年之后的世界,幻想的乌托邦。

2070年的高科技世界,奥苏伯尔已为我们描绘出乌托邦版的蓝图:根据奥苏伯尔的脱碳模型,几十年后甲烷工厂已取代燃煤电厂,此举是全面核计划的举措。他的工厂将在白天产生电能,夜间就会利用氢气来分离水。

2070年的能源畅想图

作为一个实用主义者,他将土地保护和节能作为环保方式的首先,同时作为一个钟爱技术的未来学家和自然爱好者,他也指出风力发电场、太阳能电厂都无法与核电站相比,它们将耗费巨大的土地资源,这种环境利用效率无法令人满意。奥苏贝尔已花费他职业生涯中的大部分时间用于建模假设的未来。不少专家认为在下个世纪世界人口将达到约100亿。在这样一个前提下,我们需要思索的是:采取什么措施才能保证人民的生活?又有多少土地能幸免?

原材料铀从何而来?

奥苏贝尔提到的数以百计的核电厂需要的铀又从何处得来?对此,他认为从海洋中提取,可以供应一万年年或以上的足够能量。同时核废料也将得到妥善处理:奥苏贝尔援引俄罗斯和英国关于核废料自我下沉的研究,核废料的壳是钨组成的,加热其放射性含量,在地壳深洞处置点,他们会逐渐消融在周围的岩石圈中。

  绿色自由计划 
“绿色自由”计划最初是为了给美国空军提供更清洁燃料而进行的研究项目,该项目由美国联邦基金科学家们任智囊团,他们可以提出关于新型清洁燃料的大胆设想;后来“绿色自由”发展得更加成熟,现在它旨在为人类打造一个封闭的、碳排放净值为零的系统,在这个系统中,我们可以继续开着以汽油为燃料的汽车和飞机,且不会导致全球变暖。

绿色自由计划
“绿色自由”已经计划在一家核能工厂内开发一台演示设备,用于德州西部地区建设。假如一切如期进行,工厂就将于2018年开始生产能源和燃油,为全美其他地区树立榜样。

绿色自由:最初来源于军事

该项目最初是为了给美国空军提供更清洁燃料而进行的研究,如今它已发展得更为成熟。“绿色自由”提议建立一个核能工厂网络,这样就能从空气中采集二氧化碳,以化学方式转化为汽油,整个流程都能以现有技术水平进行。“我们不会带走地球的任何物资,不会产生任何有害影响,不会采用矿物燃料去生产燃料,”做出这一提议的美国洛斯阿拉莫斯国家实验室核能科学家F·杰弗里·马丁说“全过程实现了碳中和。”通过这种方式,马丁的这套系统只会排放出系统自身吸收的碳元素。由于车辆和飞机这样的移动工具占了所有碳排放源的二分之一,所以马丁的可回收项目假如在全国范围内实施,就会大幅度缓解环境压力。

怎样采集碳元素?

为向全美国提供燃料而收集和处理足够的二氧化碳需要新建500家核能工厂。其中每家厂都要有71.4万加仑燃油的生产力。而如今美国只有 104家这类工厂,并且它们都还需要改造才能满足要求。科学家马丁表示美国30年来没有建一家核能工厂,因此他们不得不首先完成改造过渡。同时他认为,即使只有9家新厂,也能弥补国内汽油生产逐年下降的不足。

项目核心:让核冷却塔成为CO2吸收器

该项目的关键在于使核能冷却塔成为巨大的二氧化碳吸收器。通常说来,冷却塔吸入空气是为了冷却反应堆的沸水。“绿色自由”设想让空气经过加入了碳酸钾的冷却液,因为“碳酸钾就像二氧化碳的真空吸尘器”。为了能在回收过程中得到二氧化碳,专家建议运用一种节能的电气化学工艺,反应过程中的副产品只有氢气。相关的专用基金已经得到了美国一些官员的支持。

  水凝胶土壤固水 
美国工程师威廉姆·范·考特海姆(Willem van Cotthem)的超级土壤治理项目利用婴儿“尿不湿”吸水原理,将让干旱贫瘠的泥土化为苍翠繁茂的菜园。2040年我们的地球会是怎样?有了可以稳固水土的凝胶技术,沙漠里也可能渐渐生长出植物,非洲干旱地区的百姓也可以吃到本地生长的新鲜蔬菜。而水凝胶这种物质已被证明是对人体无害的,尿不湿就是最好的例证。

“考氏土壤”就是一种集合水凝剂和有机物质的土壤层。

2040年,任何地方都能种植热带水果

许多科学家把2040年的地球描绘成一个可怕的地方:干旱、贫瘠、荒凉,几乎不适合人类居住。但在比利时科学家、社会企业家威廉姆·范·考特海姆心中,却是另一番景象。他表示“只要气候温暖,任何地方都能够种植热带水果。”水是需要的,但不必太多。干旱时期偶尔出现一阵小雨就足够了。

核心机密:水凝胶

土壤固化的核心秘密在于一种被称作“水凝胶”(hydrogels)的化合物,它是一种强力吸收剂,吸水能力可达自身重量好几百倍。水凝胶在现代社会有广泛应用,食品加工、吸附溅油等,其中最为人熟知的是一次性尿布。尿布魔术般的吸水作用,来自水凝胶。不过,水凝胶农业应用有所不同:它不仅要吸收水分、圈住水分,还要把水分向植物根系缓慢地释放,就像药物治疗法中渐渐释放的药效那样。源源不断的水分供应可以让脆弱的地域(例如沙漠)重新变得肥沃,与此同时,水激活了土壤中的矿物质,让土壤中的营养物质释放出来,生命得以生长。

考氏土壤已在南极洲之外地区遍地开花

想要沙质土地上的菜园兴盛繁茂,单靠水是不够的。于是,比利时国立根特大学(Ghent University in Belgium)植物学名誉教授、多个国际沙漠化研究科学小组的带头人范发明了“调节剂改良土壤”(soil conditioner),通常称之为“考氏土壤”(Terracottem)。这是一种浸满水凝剂的8至12英寸厚的土壤层,同时加入有机物介质,可以滋养土壤中的天然细菌。考特海姆早期实验的土壤,现已在除南极洲之外的其他大洲遍地开花。

水凝胶经历安全测试后才推出

这是一项神奇的技术。有人不禁要问:为什么不早点开发利用?毕竟,一次性尿布早已从上个世纪四十年开始风靡全球。答案就是:直到最近,还有人对水凝胶是否有毒、是否适合人类安全消费深表怀疑。考特海姆本人的怀疑程度一点也不比这些人差。有一天,一位来自德国尿布公司的研发工程师走进考特海姆的实验室,告诉他这个棘手的问题已经解决了。考特海姆盯着这位工程师的脸,说“我不相信”——德国工程师当场舀了一勺水凝胶吃下去,并且在两三个月之后活蹦乱跳地来到他的面前,他才彻底信服了。

  为地球降温 
应对全球变暖的直接方法是为地球降温,目前最普通的例子就是向大气中释放硫酸盐,将一定量的阳光反射掉。这一点在历史上有成功案例:1991年菲律宾皮纳图博火山爆发后大量含硫的火山灰进入大气层,在一年的时间里是全球气温下降了0.5摄氏度。加拿大首席可持续能源科技专家组的成员、美国国家科学院委员会委员基思,就是一直号召为地球降温的科学家。

地球工程
这些碳吸收器利用风扇把空气吹过氢氧化钠溶液吸收CO2。

碳捕捉反应塔可在任何地方搭建

加拿大首席可持续能源科技专家组的成员、美国国家科学院委员会委员基思,就是一直号召为地球降温的科学家。他的设想是采取碳捕捉技术(简称CCS),以此减少大气中的二氧化碳量。目前大多CCS系统是从发电厂这类的大型设施里封存CO2的。然而,基思的计划更加灵活,它要建立一个反应塔,该设备可以在世界土地、气候和人工成本、最优的任何地方搭建。

反应塔每年可过滤110万吨碳

这些碳吸收器利用风扇把空气吹过氢氧化钠溶液吸收CO2。在内部石灰与二氧化碳结合生成碳酸钙固体。反应释放的氢氧化钠回到第一步中重新利用,同CO2可以被贮存到地下曾经贮藏石油或天然气的地层,或者被回收利用做成汽油。

基思已经用一个6米高、1.2米宽的反应塔测试过这个进程,每年每平方米可以捕获的CO2超过20吨(相当于一个美国人每年碳排放量),每吨消耗掉100千瓦的电能。他的公司预计在未来三年内花费500万美元完善这项技术,调查如何用最好方式增加规模。最终的目标是建成90米长、18米的高的反应塔场,每年可过滤110万吨碳。

  让公路发电 
高速路上铺上了光伏器件,行车道路也能发电。这就是科特·布尔萨带来的大胆创意。他的太阳能公路公司,正在设法用光伏电池和发光二极管(LED)铺设道路。最终这些光伏面板和LED光源将给公路带来照明的同时,还能产生足够的能量来为企业、城市、甚至为整个国家供电。

公路太阳能板
太阳能公路的下一步计划是获得第二阶段的筹资资格。

公路太阳能面板造价高昂

布尔萨的目标是,让每块面板的成本降到1万美元以下。而这约是沥青造价的3倍。同时,面板的寿命达到沥青公路寿命的3倍以上,这样一来,铺设公路的成本便相差无几。目前,该项技术商业化可行性的关键技术在于面板玻璃。该玻璃不能太过光滑,同时需要内嵌加热元件以融化冰雪,还需承载数年的交通负载。而最棘手的问题在于路面上出现的极端情况,例如一辆40吨装有防滑链的卡车在快车道行驶,目前的面板设计是无法应对的。同时,如果想要让太阳光照射不受影响,该玻璃还必须具有自洁能力。

停车场是发电系统绝佳试验场地

太阳能公路的下一步计划是获得第二阶段的筹资资格,即一份为期2年、75万美元的协议来发展面板的商用计划。在2年期末时,布尔萨将准备在停车场进行试验,他认为停车场是进行LED光源和发电系统试验的绝佳试验场。可以重新配置方向箭头和停车线,来应对高峰时间,而且所产生的电能可以为邻近的企业供电。“我曾同沃尔玛超市负责电能的人员谈过,”布尔萨说。“超市面积大约为2万平方米,而停车场面积为其4倍左右。我对7万平方米的停车场进行了计算,并告诉他将会产生多少电能,即使那里完全停满了车。那将是他们耗电量的10倍。”

  用细菌建造住宅 
一个建筑项目能够挽救数百万非洲人,躲避撒哈拉大沙漠急剧干旱、饥饿和贫穷的残酷前景吗?确有这么一个项目已经为人们所了解。受地震多发地区加固建筑基础的实验性解决方案启发,现年34岁的瑞典建筑师马格纳斯·拉尔森提出,在撒哈拉沙漠边缘用细菌工程将沙丘加固、打造出一座可人居的、5964公里长的沙漠封锁墙。

细菌建造的住宅
固化沙墙最深可达300米,以沙丘雕塑出的全比例家园为树木提供更稳固的根基。

特殊细菌可分泌出石灰石

从科学角度讲,该方法已得到证明。加州大学戴维斯分校的研究人员一直在调研这项作为地震多发区域地面稳固手段的技术——该技术设想将巴斯德氏芽胞杆菌(巴斯德氏芽胞杆菌是世界上最有用的细菌之一,这种细菌以尿素为食,排泄石灰石,使土壤板结,将流动沙土变成坚固沙岩。)注入到富含钙的碱性混合物土壤中。在实验室中,利用该技术几个小时内就可以巩固32平方英尺的土壤,但研究人员估计,要进行大规模固化可能需要几个星期。

民居最深可达地下300米

拉尔森设想的固化沙墙最深可达300米,以沙丘雕塑出的全比例家园为树木提供更稳固的根基。在他的图纸中,民居看起来像是千百万排有着绿色屋顶的房屋,将沙漠围困其中。拉尔森坚持认为,固化对于环境或人类健康鲜有风险,因为它依赖的是沼泽和湿地中自然存在的无害微生物。加州大学戴维斯分校研发的加固方法就是简单的刺激微生物,使其分泌更多的碳酸钙,从而将沙子紧密结合像水泥一般。


 
  现在的地球依然脆弱没有人知道2040年的真实世界究竟会发生些什么,这些高端的设想又会有多少变为现实成为人类生活必不可缺的重要环节。但有两点是我们无法回避的,那就是地球环境督促每个人必须行动起来、要相信科技是推动社会进步和人类生存必不可缺的推动力。这些宏伟的蓝图和远见,也许只是此刻执着追求者最单纯的态度,但总会成为人类发展史上最深刻的烙印。

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编辑:王暐 视觉:陈子宇【更多精彩,请浏览网易探索频道】   

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