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科技奇迹(180607)

已有 6766 次阅读 2018-6-7 09:08 |个人分类:做学问|系统分类:科研笔记| 科学技术, 环境污染, 温室气体排放

科技奇迹(180607

闵应骅

 

    我看到一篇文章,说科学、技术不是一回事,这有道理。但我想补充的是技术需要科学,才是科学的技术,同时它又贡献给科学。大家知道,触发器是计算机里最基础的元件,在数字电路中起到关键的作用。19186William Eccles and F.W. Jordan申请了触发器专利,至今正好100年,那时中国正在搞五四运动。它可以在失去输入信号的情况下保持原来的状态,也就是记忆功能,从而产生了时序逻辑。它的前身是触发继电器。20年以后,用在了计算机中。英国人用它破了德国的战时密码,美国人用它做出了ENIAC计算机。现在在集成电路里面那就不计其数了。Eccles and Jordan原来的电路是这样:它用两个电子管。电子管本来是用于信号放大的,反复试验来决定这些电阻。这两个电子管互相耦合,起到正反馈的作用,直到它们保持接通或截止状态为止。这些电阻必须有一个合适的阻值,因而需要仔细调整和挑选。这个百年不衰的技术需要科学的分析和设计,同时又应用于科学与生产。

 

    技术的进步是有明确目的的。现在大家都很关心环境污染的问题,大家都认识到先发展、后治理的路子代价实在太大。所以,现在全世界都在关心气候变化的问题。这当然不是某一个国家的问题,而是全世界共同的问题。有人认为气候变化是一个左派的阴谋,只能为科学家增加工作岗位,对于商业是一些无意义的规定。你相信是这样吗?反过来,你是否认为气候变化是地球上的最大危机?特别是能造成历史上从未有过的严重破坏?各人有各人的看法。不要企图去改变人家的看法,但是,简单的观察发现,现在全世界有许多的研究和开发项目在开发和利用技术和基础设施,以减少温室气体排放。政府、公司、慈善机构和大学花数以亿计的经费,致力于这一事业。本月IEEE Spectrum 2018/6发表了一组文章,介绍这些看来很有前途的“奇迹”。技术创新不要盯着已有的技术,而要创新现在全世界还没有、而又很需要的技术。我们很想有话语权,那你就得在这样全世界都关心的研究上有所建树。

 

    我们看到,这个挑战是令人吃惊的大。2009年,工业化国家的代表在哥本哈根聚会,同意要防止全球平均温度比工业化前提高2oC。2014年政府间气候变化专门委员会宣布,到本世纪中叶,温室气体排放量要比2010年减少40-70%。这个目标指引了2015年的巴黎协定。但是,值得关注的是:即使在巴黎协定之前,皮尔.盖茨就说,他相信只有一系列的能源奇迹出现,才能在减少温室气体排放方面取得有意义的进步。那就是说,不设法出现奇迹,这事儿就没有希望。那么,那些“奇迹”是什么?如果要在几十年后有效减少温室气体排放,它们现在就必须在实验室里出现,那就是前瞻性研究。

 

  本辑关注温室气体排放的三个主要方向:电气、运输、食品和农业。本辑挑选了10个项目。他们选择最有希望的项目,访问了世界各地,看了垂直农场、电气飞机、机器人帮助的基因工程、钢发酵室,尝试绿色早餐的味道。六个月之后,他们吸收了某些最新的思想,用技术减少二氧化碳排放。他们还请著名的能源经济学家给以了评论。

 

    在电气奇迹方面,特拉电厂的行波反应堆是20世纪的能源。从常识知道,乒乓球不能达到声速的2倍,也不能在重拍时把球拍打穿一个洞。特拉电厂的工程师开始设计一个高级的核动力反应堆,用压缩空气泡给访问者显示威力。它显示原子核分裂的关键概念:一个高速运行的小对象可以对某些看似不能动的物体产生很大的影响。类似地,一个小的高速运行可以对多年来无法撼动的电力工业领域产生巨大影响。在这气候变化的世界,许多专家相信未来的电网将完全靠太阳能、风力和水力。但是,现在少数专家认为未来几十年清洁能源网将带来温室气体排放。太阳能和风力发电会比任何其他发电增长更快。到2015年其他发电将少于2%。为了建设未来的清洁绿色电网,许多专家说我们得依靠裂变能源。在无碳能源中,只有核裂变反应堆有高效可靠的发电记录,与气候和地址无关。商用的核反应堆自从第一个发电厂建造以来几乎没有变化。现在全世界447个核电厂已经老化,并显示其弱点,自从日本福岛第一核电站事故之后,核能处在一个危险状态,世界核能利用由5.73%降到4.14%。在美国南卡罗来纳州和英国欣克利角核电站由于代价过于高昂而抛弃。在别的地方,譬如中国38个反应堆能发电330亿瓦,还计划到2024年增加58亿瓦。现在全世界还有50个核电站在建设中。加上110个计划中的项目,将提供1500亿瓦,每年将避免5亿吨二氧化碳排放。为了得到如此的温室减排,运输行业必须放弃1亿辆汽车,或者说是所有法国、德国和英国的轿车都得停运。面对这样的情景,新建的一些美国公司追求去掉这些缺点的核电站设计。在麻省的坎布里奇,一个叫Transatomic Power的公司正在开发一个反应堆,它靠氟化铀液体运行,即锂和氟化物的混合物。在丹佛,Gen4 Energy正设计一种更小的模块化的反应堆,它可以在远处快速部署。在这些新公司中,有一家TerraPower,在华盛顿州的贝尔维尤,实力雄厚,而且与急需核能的中国有关系。反应堆的开发部分由皮尔盖茨基金会资助,并成为公司的主席。为了证明该设计可行,TerraPower明年将拆掉试验反应队,与中国国家核集团合作。为了减少煤的依赖,中国到2020年要增加2500亿瓦的可再生和核能源的能力。 TerraPower的总裁Chris Levesque招人搞安全而又高燃料有效性的核反应堆。他说,反应堆的燃料不能很容易地用于武器。公司声称它的反应堆产生很少的废料,即使该反应堆弃之不用,它也不会造成灾难。

下图显示纳冷却的梦想:

纳冷却的梦想.JPG

 在运输方面,人们期望的是兰天飞机,如下图。

绿色飞机.JPG

在食品和农业方面,譬如垂直农场,如下图。

垂直农场.JPG

 

很抱歉,10个项目我只提到3个,而且,每一个都无法详细介绍。希望专业人士自己去参阅该杂志。也盼望中国人为奇迹的出现做贡献。




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