瓦茨拉夫·斯米尔 (Vaclav Smil):拯救地球的天才创意

Vaclav Smil,可以改变世界的想法

这条路是由环保主义者设计的 瓦茨拉夫斯米尔,加拿大曼尼托巴大学研究员,本书作者 《发明与创新:炒作与失败简史》,在其中,他不相信那些承诺非凡和无法实现的发明的人,他说了他拯救世界的“愿望清单”,让他的脚锚定在现实中。 他撰写了 40 多本关于能源、环境和技术的书籍和近 500 篇文章。. 2010 年,他被《外交政策》杂志评为全球 100 位思想家之一,并于 2014 年成为加拿大勋章成员。 为 Einaudi 发布 数字不会说谎。 了解世界的小故事 (2021 年和 2023 年)和 世界是如何运作的。 能源、食品、环境、原材料:来自科学的答案 (2023)。

“在我看来,主要的创新——他解释道——指的是我们必须紧急解决的一系列问题。 他们专注于 对人类福祉和环境影响最大的领域 以及已经有丰富知识可以借鉴的地方。”

锂离子电池

你现在真正需要什么?

摆脱运输的化石燃料,为此你需要超级电池,更有效地为运输工具储存足够的电力: 锂离子电池它们如今用于为电动汽车、手机、笔记本电脑和其他便携式电子设备供电,是目前您的最佳选择。 市场上最好的类型具有 755 Wh/l 的能量密度,同时,加州 Amprius Technologies 正在开发能够存储 1150 Wh/l 的新一代锂电池。

为什么锂离子电池使用越来越多?

我们以电动自行车的锂离子电池为例:

锂离子 (Li-Ion) 电池现在是电动自行车领域使用最广泛的技术,因为它们具有 功率重量比,一次充电可以长距离行驶, 将传统铅电池的重量减少 60%。

它们的自放电率非常低,并且不会因频繁充电而产生所谓的“记忆效应”。 内部控制单元 (BMS) 在放电和充电阶段管理每个单独电池的电压,以免损坏整个电池组。

能量之间的拔河

然而,尽管有所改进,电池的能量密度仍远低于仍然主导交通运输的液体燃料:汽油达到 9600 Wh/l,航空煤油为 10.300 Wh/l,柴油为 10.700 Wh/l。 所以, 应该有可能弥合电池和化石燃料的能量密度之间的差距.

在过去的 50 年中,使用中的电池的最大能量密度增加了五倍。 如果我们在未来 50 年保持这一速度,我们将达到 3750 Wh/l。 这一结果将有助于电动汽车通过公路和海上进行重型运输,但仍不足以为电动波音 787 提供动力。

豆类

豆类的力量

至于农业,如果你想让它可持续发展,挑战也不小。 由于耗水、土地使用和污染性氮肥的释放,这是一项影响非常大的活动。 根据 Smil 的说法,一项关键创新是能够开发不需要化肥的植物(2020 年,农业用地达到 113 亿吨,比 40 年增加 2000%):它们是能够像豆类一样自然吸收硝酸盐的植物做,它利用附着在根部的共生微生物。 关键是 分离允许固氮的豆科植物基因并将它们转移到谷类和蔬菜植物中.

生产性光合作用

我们还需要更高效的光合作用——植物在将太阳能转化为生物质方面效率很低。 到达植物的太阳辐射中只有一半可用于光合作用本身。,减去树叶反射的光后,该百分比降至 44%。 循序渐进,最后估计只有4,5%的太阳能转化为碳水化合物。

因此,即使是相对较小的改善也会对作物产量产生重大影响,从而影响到全球粮食供应量,足以养活到 10.000 年可能达到 2050 亿的人口。因此,这项研究应该对 改进生物质合成工艺,例如,通过识别使根部更有效地收集水和养分的基因,然后将它们整合到所有感兴趣的植物的 DNA 中。 还需要选择产量更高、生长速度更快的植物。

Vaclav Smil 的错觉和自清洁光伏系统

可更新的主题,触手可及。 Smil 想到了自清洁光伏系统, 可以用作墙壁上的油漆和建筑物窗户上的玻璃. 将太阳能转化为电能的光伏系统可以安装在任何阳光充足的地方。 最先进的版本至少可以保持 20 年的性能。

因此,理想的情况是用这些系统铺设城市,d处理光伏涂层 适用于任何城市表面,引入本地网络中产生的电力。 自然地,如果这些衬里也能自清洁,这就是游戏玩法,因此它们会随着时间的推移保持功能。

我们离 Vaclav Smil 的梦想越来越近了: 可以发电的太阳能窗户已经上市. 一个象征性的例子是 Pilkington 公司,该公司生产自清洁窗户,其光催化涂层与阳光发生反应,分解并溶解污垢。 下一步将是让这些材料价格合理且适应性强,让每个人都能用得上。

光伏玻璃的开端……

La 光伏玻璃的历史 三年前开始,当时来自材料科学系的研究团队 米兰比可卡大学 他成功地完成了一项对许多人来说可能看起来像科幻小说的事业。 该团队预示着光伏玻璃的到来,能够 通过光发电 .

这种类型的太阳能系统可以无缝集成到大型建筑及其他建筑中。 与普通玻璃的区别在于增加了 光学活性材料 ,吸收光并将其作为能量重新发射的纳米球。 板被插入到 三层双层玻璃 并保证光伏器件的热声绝缘和保护免受周围环境的影响。

光伏窗

光伏窗的优点有哪些?

窗户 用玻璃 PV 综合的 提供几个优点,事实上,它们是结构 相当稳定, 对阻力没有任何负面影响。 此外,它们不会过度减少家庭的自然辐射,因为它们保证 高达 80% 的透明度. 相反,它们确保了相当高的性能,它们是用 生态材料,成本低廉,可以在您的家中节省更多能源。

光伏玻璃有哪些缺点?

与任何产品一样,光伏玻璃也有其缺点。 后者可以从以下方面看出 效率 ,事实上,传统的光伏系统可以根据太阳辐射进行定向和倾斜。 然而,光伏窗 永远挺直 与经典的面板系统相比,这个位置减少了能量产生。

真正的绿色塑料

我们还需要一种真正的“绿色”塑料。 全球每年生产的塑料接近 400 亿吨,几乎所有塑料最终都被填埋。 只有一小部分被回收 为此,Smil 观察到,有必要以工业规模和低成本工艺生产真正可生物降解的塑料,例如,由废料制成或由微生物生产。

行星热

这位学者补充说,为了对抗行星热,不排除有一天我们将不得不求助于一种“巨大的遮阳伞”,它应用于太空,能够转移 1% 到 2% 的阳光。 这个屏障必须停在大约 1,5 万公里外,在太阳和地球之间的引力相互抵消的地方,以使结构保持在稳定的位置。 目前,这是一个有争议且代价高昂的前景,Smil 认为,如果二氧化碳排放量没有得到充分减少,就可以开玩笑。

但这还不是 Vaclav Smil 的全部......

Smil 总结道,紧迫且可能的创新并不止于此。 他的书旨在平静地说明技术和创造力如何在解决当下的重大事件:气候变化方面发挥决定性作用。


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