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10項有望改變世界的技術(shù)( 三 )

小知識科普研究人員基因組傳感器量子


電動化的不只有發(fā)動機 。 在美國正在研發(fā)的X-57麥克斯韋號上 ， 傳統(tǒng)的長機翼被一對更短的、上面分布有電動推進器的機翼取代 。 電動推進器增加了飛機起飛時的升力 ， 因此機翼可以做得更小 ， 進而提高飛機總體的飛行效率 。 目前來看 ， 電動飛機的限制還是在于飛行里程 。 與傳統(tǒng)飛機燃料相比 ， 如今最好的電池的容量仍然有限：前者為12 000 瓦時每千克 ， 后者只有250瓦時每千克 。
新技術(shù)使水泥更低碳
作為使用最為廣泛的一種人造材料 ， 混凝土塑造了今天我們建造的大部分世界 。 但是 ， 混凝土的關(guān)鍵成分——水泥——的生產(chǎn)也帶來了大量容易被忽略的碳排放 。 在水泥生產(chǎn)過程中 ， 無論是因為加熱和將石灰?guī)r轉(zhuǎn)化為水泥熟料所化石燃料燃燒過程 ， 還是在磨碎原料與其他物質(zhì)結(jié)合形成水泥的化學過程中 ， 都會產(chǎn)生碳排放 。
科學家也在開發(fā)新的方案 ， 試圖以更低碳的方式生產(chǎn)水泥 。 目前已經(jīng)有一些方案得到了應用 。 加拿大公司CarbonCure通過礦化作用將其他化工廠產(chǎn)生的二氧化碳儲存在混凝土中；另一家加拿大公司CarbiCrete完全放棄了在混凝土中使用水泥 ， 轉(zhuǎn)而使用煉鋼行業(yè)的一種副產(chǎn)品——鋼渣 。 總部位于德國的跨國公司海德堡水泥計劃將挪威的一處工廠改造為世界首個實現(xiàn)零排放的水泥工廠 。 這家名為Norcem的工廠已經(jīng)開始使用廢物作為替代燃料 ， 并且計劃通過引入碳捕捉和碳儲存技術(shù) ， 在2030年前消除工廠的所有碳排放量 。
另外 ， 研究人員還嘗試用其他方法提高混凝土的性能 。 初創(chuàng)公司BioMason就致力于開發(fā)“活性”建筑材料：用細菌和顆粒物“長出”了類似水泥的材料 。 此外 ， 受DARPA資助的一個創(chuàng)新項目 ， 利用一種叫做藍細菌的光合作用微生物制作出低碳混凝土 。 研究人員將這種細菌接種到沙子-水凝膠支架上 ， 制造出一種能自我修復裂縫的磚塊 。
【10項有望改變世界的技術(shù)】體積更小的量子傳感器
量子傳感器是一種利用亞原子粒子的行為進行超靈敏測量的儀器 ， 能使自動駕駛汽車提前“看見”拐角之后的情況；能讓水下導航系統(tǒng)、火山活動和地震預警系統(tǒng)更加先進；還能讓隨時隨地監(jiān)測大腦活動的便攜式磁共振（MRI）掃描儀成為現(xiàn)實 。
對于任何測量儀器來說 ， 測量單位越小 ， 測量的精度也就越高 。 量子傳感器可以通過測量亞原子粒子的行為 ， 使設(shè)備達到極高的分辨率 。 原子鐘就利用了這一原理：我們這個世界的時間是建立在銫133原子的電子在一秒內(nèi)完成9 192 631 770次特定躍遷的基礎(chǔ)上的 。
英國伯明翰大學的研究人員正在開發(fā)一種量子傳感器 ， 用自由落體的過冷原子來檢測局部重力的微小變化 。 這種量子重力計能夠用于檢測埋入地下的管道、電纜和其他物體 ， 使我們不必挖開地面就能進行測量 。 航海的船只也可以采用類似的技術(shù)來探測水下物體 。
雖然大多數(shù)量子傳感系統(tǒng)仍然過于昂貴 ， 而且擁有龐大的體積和復雜的結(jié)構(gòu) ， 但更小、更便宜的新一代量子傳感器很快就會開辟出一條新的道路 。 去年 ， 美國麻省理工學院的研究人員成功地將一個用鉆石做成的量子傳感器放在了硅片上 。 這樣的原型產(chǎn)品是我們實現(xiàn)低成本、批量化生產(chǎn)量子傳感器的第一步 。
電解的綠色氫能
“綠氫”是通過電解產(chǎn)生的氫氣 。 在電解過程中 ， 水被分解為氫氣和氧氣 ， 沒有任何其他副產(chǎn)物 。 從歷史上看 ， 電解需要消耗大量能量 ， 因此用這種方式生產(chǎn)氫氣幾乎沒有意義 。 但這種情況正在發(fā)生改變 。 原因有兩個 ， 首先 ， 在目前的電網(wǎng)中經(jīng)常會出現(xiàn)大量沒有被消耗的可再生電力 。 與其將這些過量的電力用電池組儲存起來 ， 還不如用它來電解水 ， 以氫能的方式存儲 。 其次 ， 電解器的效率也提高了 。

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