2022/01/24 減碳是下世代最大挑戰！從能源到太空科技，看這10項科技如何幫助脫碳

我們居住的地球正面臨緩解氣候變遷、減少能源消耗、增進全球健康等重大挑戰。這些挑戰大多彼此相關，解決方案也有所關聯。因此聯合國把「夥伴關係」（Partnership）列為第17項永續發展目標（Sustainable Development Goal）。

Scientific American與世界經濟論壇（World Economic Forum）合作的第10屆10大新興科技中，這種關聯十分重要，當各國政府和經濟產業正著手加速脫碳（decarbonization）之際，許多新興技術一一出現在我們眼前，包括低碳運輸、住宅及商用基礎設施以及工業化製程。「綠氨」和能自行製造肥料的基因工程作物這兩項科技將提升農業永續性。而在偏遠地區，以當地土壤當原料的3D列印將能以更少的能源建造更堅固的房屋。

健康是所有人關注的話題，所以本期的10大新興科技特別提及偵測新冠病毒和其他疾病的呼吸感測器，以及讓我們更容易監測慢性病的無線生物標記檢測器。基因組學領域的新研究成果有助於延長健康長壽（healthspan）、按需製藥可訂做個人專屬藥物，同時協助解決大規模產製藥物所面臨的問題。

氣候變遷構成物聯網的新裝置正迅速增加，以隨時得知即時狀況。這些裝置將透過繞行地球的奈米衛星彼此連結，同時由無線網路訊號取得電力，未來世界彼此的連結將更加緊密。──迪克里斯汀納（Mariette DiChristina）、 邁爾森（Bernard S. Meyerson）

脫碳技術當紅，全球積極因應席捲氣候變遷，將促成新科技誕生。

邁爾森（Bernard S. Meyerson）

100多年前，首度有科學家主張二氧化碳可能使大量的熱積聚在大氣中；幾十年前，氣候變遷這個詞成為日常用語；現在，世界各國和經濟產業持續提出新承諾，宣示將縮減碳足跡。2021年，位居全世界排碳量第二名的美國，承諾將在2030年降低排碳量至2005年的50%；英國則宣佈更積極的目標：2030年排碳量比1990年減少68%。

歐洲議會剛通過法案，規定歐盟各國2030年的排碳量至少必須比1990年減少55%。儘管石油和航空等產業較為抗拒，但2015年以來，加入科學減碳目標（Science-Based Target）計畫的企業比率已提高到兩倍。這項計畫的目標是協助企業減少排碳以遵守巴黎氣候協定。通用汽車、福斯汽車和其他汽車大廠也在近一年內訂定積極的減碳目標。

這些積極承諾以及隨之而來的挑戰，在在凸顯出全世界對脫碳的急迫程度。它將促使各式各樣的科技問世，在未來3~5年內展現出大規模運作的潛力。為了實現這個目標，已經提出的解決方案必須加速發展及擴大規模。全球現有科技的不足之處需持續突破，我們預期有幾大領域將獲關注並有重大發展.......

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農業

固氮自肥的作物，植物利用根部固氮取代施灑肥料。

韋伯（Wilfried Weber）、 拉堤（Carlo Ratti）（Bernard S. Meyerson）

為供應全球不斷增長的人口所需的糧食，我們高度依賴含氮的工業肥料。根據聯合國糧食及農業組織的報告，要維持全球作物生產每年約需1億1000萬公噸的氮。氮肥料的生產是轉化空氣中的氮做為植物可利用的氮，透過這種轉換而生產的肥料支持全球約50%的糧食生產，約是全球初級能源需求的1%，但它也是一項能源密集的製程：約佔全球排碳量的1~2%。此外，這種工業肥料對許多國家的小農來說過於昂貴，以致其產量大幅下降並對自然土地徒增壓力。

為發展解決之道，研究人員從大自然製造氮肥的方法中尋思靈感。玉米及其他穀物等主要糧食作物，必須依賴土壤中的無機氮，豆科植物例如大豆則有一套自行施肥的聰明辦法。豆科植物的根與土壤細菌發生交互作用，讓細菌在根部長成群落並形成稱為根瘤的共生器官，其中植物提供糖份供養細菌，並相對受益於細菌的固氮能力（把大氣中的氮轉化為氨）。因此，豆科植物透過與土壤細菌在演化上的古老共生關係，得以不必倚賴現代的氮肥。

研究人員證明，根瘤（天然肥料工廠）的形成涉及土壤細菌與豆科植物根部之間密切的分子溝通。這些相關知識啟發了把固氮工程轉移到非豆科植物的新做法，如今已有令人振奮成果。例如，科學家正嘗試誘使穀物根部與固氮細菌進行共生性的交互作用。研究人員模擬豆科植物與細菌之間的分子溝通，並引導細菌在植物根部形成群落......

能源

用無線網路傳輸電力，Wi-Fi與第五代行動通訊的訊號將可為物聯網裝置供電。

康斯坦丁（Joseph Costantine）

構成物聯網（IoT）的無線裝置是高度網路化世界的重要骨幹，這些裝置包括家中的電器、具有生物醫療用途的穿戴式裝置，以及裝設在危險又難以到達地點的感測器等。IoT規模逐漸擴大之後，我們或許能開發出水和殺蟲劑用量更少的農作方法、效率更高的智慧電網、監測可能導致橋樑或混凝土建築損壞的瑕疵感測器，以及偵測土石流和地震這類重大災害的預警感測器等。

2025年時，IoT裝置預估將達到400億個，為這些裝置提供方便即時的電力將是越來越急迫的挑戰。目前正在研究的解決方案試圖利用Wi-Fi路由器和基地台發射的無線訊號，剛問世的第五代行動通訊（5G）技術將使無線電力傳輸更上一層樓。在5G技術中，美國聯邦通訊委員會（FCC）首度允許行動電話訊號使用更高頻率的毫米波電磁頻譜（但對人體仍屬安全）......

化學

綠氨，減少生產肥料的碳足跡。

馬蒂內茲（Javier Garcia Martinez）、佛塞特（Sarah E. Fawcett）

使氨的合成達到工業規模的哈柏包希法（Haber-Bosch process），可說是20世紀最重要的發明之一，以這種方式合成的氨所製成的肥料，支持了全球50%的糧食生產，成為全球糧食安全的關鍵。然而，氨的合成是一種能源密集的化學製程，在用氫來固定氮時，需要催化劑的幫忙。氮氣是空氣中的主要組成分子，但氫氣必須靠合成來生產，目前仍使用化石燃料製備：把天然氣、煤或石油暴露於高溫蒸汽中以產生氫氣。這個過程產生了大量的二氧化碳，佔全球總排碳量的1~2%。使用再生能源來電解水所產生的綠氫，不但減少了上述過程中的排碳量，最終產物也明顯更為純淨，沒有傳統化石燃料製程中摻入的化學物質，例如含有硫及砷的化合物，它們會「毒害」催化劑，使反應效率降低。

來源：REUTERS

更潔淨的氫氣也意味可開發出更優質的催化劑，因為它們不再受化石燃料中有毒化學物質的影響。事實上，一些公司例如丹麥的托普索（Haldor Topsoe）公司，已宣佈開發出源自完全再生資源的新型催化劑，用於綠氨的生產。西班牙化肥生產商費爾貝利亞正與伊倍爾佐拉再生能源公司合作，大幅擴增綠色製氨計畫，2021年開始啟用一座2000萬瓦試營運工廠，預計到2027年達到八億瓦規模的太陽能電解製氫。這項投資估計將達18億歐元，預計每年可提供4000個工作機會，並減少40萬公噸、約當於六萬輛汽車的碳排量......

太空科技

從太空與全球連線，從物聯網轉變成太空物聯網。

南達庫瑪（Rajalakshmi Nandakumar）

要擴大物聯網（IoT）在通訊和自動化方面的效益，IoT裝置必須遍佈全球大量蒐集資料。不過其中有個問題：行動電話網路涵蓋範圍不到全球的一半，全世界仍有十分廣闊的無網路區域。太空中的物聯網系統將可借助奈米衛星涵蓋這些區域。這類衛星成本低、重量極輕（不到10公斤），在地球上空數百公里的軌道繞行地球運行。太空探索科技公司的星鏈，以及一網通訊（One-Web）、亞馬遜和電星等公司已經採用奈米衛星來達成全球網際網路連線的目標。

不久後，將可透過地面上以電池供電的小型IoT裝置與繞行地球的奈米衛星通訊。IoT裝置蒐集的資料（例如定位感測器的位置資料）將透過低功率、低成本的通訊協定傳輸給衛星，這類通訊協定類似長程通訊和訊號微弱時依然能解讀的低功耗廣域網路技術Sigfox。資料接著再傳送到地面接收站，在接收站進行分析.......
新聞出處:https://www.bnext.com.tw/article/67187/creativity-techno-carbon-fect