日期:2020-10-20 来源:来自本站
(接上篇)
六 · 核聚变
核聚2113变(nuclear fusion),又称核融合、5261融合反应、聚变反应或热核反应。核是指由质4102量小的原1653子,主要是指氘,在一定条件下(如超高温和高压),只有在极高的温度和压力下才能让核外电子摆脱原子核的束缚,让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起,发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核(如氦),中子虽然质量比较大,但是由于中子不带电,因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来,大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。
这是一种核反应的形式。原子核中蕴藏巨大的能量,原子核的变化(从一种原子核变化为另外一种原子核)往往伴随着能量的释放。核聚变是核裂变相反的核反应形式。科学家正在努力研究可控核聚变,核聚变可能成为未来的能量来源。核聚变燃料可来源于海水和一些轻核,所以核聚变燃料是无穷无尽的。人类已经可以实现不受控制的核聚变,如氢弹的爆炸 。
国际热核聚变实验堆(ITER)计划是目前全球规模最大、经费投入最多、影响最深远的重大国际科学工程之一,它吸引了世界主要国家的顶尖科学家。ITER计划的实施结果将影响人类能否大规模地使用聚变能,从而从根本上解决能源问题的进程。
七 · 碳捕捉
碳捕捉与储存(Carbon Capture and Storage,CCS)作为一种新兴技术,即将工业生产中的二氧化碳用各种手段捕捉然后储存或者利用的过程。吸引力在于能够减少燃烧化石燃料产生的有害气体——温室气体。
碳捕获是世界发达国家在环保方面的一项新技术,主要是指将二氧化碳捕获后,存放在地下或海底里.如英国2009年能源和气候变化部提出了一个新计划,在全球范围内大力推广碳捕获技术。据专家估计,如果全面应用,可以使人类减排成本降低30%。英国在国内建设四座规模宏大的碳捕获和储存示范工程,并规定新建煤电厂至少须有25%的产能安装捕获设施,凡不具备碳捕获能力的煤电厂都应关闭。美国也研制了降二氧化碳封存在水泥中的新技术。我国目前正在积极研发和推广这方面的技术。
2017年,世界上第一座碳捕捉工厂在瑞士投产,Climeworks AG成为有史以来第一个以工业规模从空气中捕捉二氧化碳并直接出售给买主的工厂。该工厂将捕捉的二氧化碳通过地下管道传送到温室,并将这些气体用于帮助蔬菜的生长。
八 · 人造肉
工业化牲畜养殖与大规模屠宰对环境带来了破坏。其最大的问题在于土地使用。例如,每生产100克牛肉就需要164平方米的牧场,这是中美洲和南美洲森林砍伐的主要原因之一,并导致前所未有的碳排放。此外,动物也使用大量的淡水,而工业化畜牧业的污染径流对当地水资源也造成了污染。在这样的背景下,人造肉应运而生。利用动物干细胞制造出的人造肉,研究人员用糖、氨基酸、油脂、矿物质和多种营养物质“喂养”干细胞,让它不断“长大”。
2015年4月2日,荷兰马斯特里赫特大学的生理学教授Mark Post认为10年之内,人造牛肉除了和自然牛肉一样美味之外,在其它方面也将优于自然牛肉,从而解决当今牛肉生产面临的环境和动物保护问题。18个月前,他亲眼见证了首块牛肌肉干细胞制造的“人造牛肉”。2020年4月28日,某洋快餐企业在上海、广州、深圳三地开启“植培”鸡块试吃活动。4月中旬以来,另外几家国际连锁餐饮企业也纷纷围绕“人造肉”推出试吃产品。
九 · 植物性塑料
塑料废弃物对环境的巨大破坏显而易见。如何从技术角度去解决这一问题,也越来越引起各大食品厂商、包装厂商和众多创业公司的关注。可生物降解的植物性塑料正是一种可行的解决方案。
植物塑料一直以来被视为与环境亲和的“生物分解塑料”之一。所谓生物分解塑料是指由玉米或甘蔗等制造的聚乳酸塑料,在自然界中能够通过微生物的作用将其分解为水和二氧化碳的塑料。现在使用植物塑料的实用化产品已有农业用的地膜和快餐盒等。
用聚乳酸塑料制造的产品具体有什么价值呢?首先,这些塑料来自植物,作为材料来源它优于石油化工塑料。其次,植物能够通过种植获得,所以聚乳酸塑料可说是再生资源或可持续使用的材料。另外,使用谷物为主制造的聚乳酸,不论是焚烧还是在自然界中分解,都不会对环境增加负担。现在世界生产石油化工塑料的年产量是1.5亿吨。如果用聚乳酸制造塑料,这就减少了石油或天然气的消耗。这对化石燃料面临枯竭的现状,无疑是一个最大的福音。
石墨烯(Graphene)是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料 [1] 。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料。 2010年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯。
石墨烯的研究与应用开发持续升温,石墨和石墨烯有关的材料广泛应用在电池电极材料、半导体器件、透明显示屏、传感器、电容器、晶体管等方面。鉴于石墨烯材料优异的性能及其潜在的应用价值,在化学、材料、物理、生物、环境、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进展。
总体来看,上述技术有的已经量产应用,有的还处在研发阶段,有的甚至还存在争议和质疑。但不论如何,人类在应对气候变化、环境危机的征途上,新技术的开发与应用将不断实现进步。