ده فناوری که بیشترین شانس را برای نجات کره زمین دارند

سیاره زمین تا پیش از پیدایش انسان میلیون‌ها سال به حیات طبیعی خود سرگرم بود اما به لطف حضور بشر در دهه‌های گذشته با چالش هایی نظیر تغییرات اقلیمی، اسیدی شدن اقیانوس ها، جنگل زدایی و افزایش سطح کربن دست به گریبان شده است.

بخشی از این معضلات میراث تکنولوژی‌های غیر بهینه‌ای است که استفاده از آنها هنوز متوقف نشده، با این حال در سالیان اخیر فناوری‌های سازگار با محیط زیست قدرتمندی هم توسعه یافته که در ادامه به ۱۰ مورد برتر از آنها اشاره کرده ایم.

۱۰. شیشه خورشیدی

شیشه سولار یا خورشیدی یک فناوری نوظهور است که در حوزه های طراحی و توسعه پایدار سر و صدای زیادی به پا کرده. همانطور که از نام این پنل ها پیدا است، علی رغم برخورداری از ظاهر شیشه ای قادر به جذب انرژی خورشید و تبدیل آن به الکتریسیته هستند.

پنل های سولار معمولی بازدهی ۲۵ درصدی دارند اما این شیشه ها بخشی از این بازدهی را فدای شفاف بودن می کنند. برای مثال شیشه های سولار دانشگاه میشیگان ۵۰ درصد از نور را از خود عبور داده و بازدهی ۱۵ درصدی دارند. بر اساس پژوهش ها از طریق ۵ تا ۷ میلیون متر مربع از این شیشه ها می توان ۴۰ درصد از انرژی الکتریسیته کل آمریکا را تامین کرد.

۹. گرافن

ویژگی های گرافن به حدی فوق العاده است که می توان آنرا ماده ای جادویی نامید. گرافن به لطف تشکیل شدن از لایه منفرد اتم‌ها، نازک ‌ترین و مقاوم ترین ماده جهان و رسانای قابل توجه الکتریسیته و گرماست. در واقع این ماده صدها بار از آهن مقاوم تر، از کاغذ باریکتر و از مس رساناتر است.

گرافن به واسطه بازدهی فوق العاده نسبت به ابزارهای کنونی، نگاه محققان را به خود خیره کرده و به باور بسیاری پس از برنز، آهن، فولاد و سیلیکون عصر جدیدی را در دنیای علم رقم خواهد زد. از کاربردهای احتمالی گرافن می توان به فیلتر آب، انتقال انرژی در فواصل طولانی و سامانه‌های فتوولتاییک برای تولید برق از انرژی خورشیدی با حداقل اتلاف اشاره کرد.

۸. پلاستیک های گیاهی

پلاستیک معمولی به خاطر فرایند تجزیه بسیار طولانی خطرات بی شماری را برای محیط زیست و حتی جانوران به دنبال دارد. همین عامل باعث شده محققان به توسعه پلاستیک های مبتنی بر گیاه روی بیاورند که به آسانی در طبیعت تجزیه خواهند شد.

در حال حاضر تحقیقات چند خودروساز نشان داده که پوست گوجه فرنگی به دلیل سازگاری با محیط زیست می تواند جایگزینی مناسب برای کربن به کار رفته در تایرها، شلنگ ها و بوشینگ های سیستم تعلیق باشد. کمپانی فورد هم در حال انجام آزمایش هایی برای استفاده از بامبو و محصولات جانبی گیاه آگاو به جای پلاستیک های فعلی است.

یک کمپانی اندونزیایی به نام Avani Eco از پنج سال قبل سرگرم تولید پلاستیک های زیستی است. گروهی از محققان آمریکایی نیز با استفاده از میکروارگانیسم هایی که از جلبک دریایی تغذیه می کنند، پلاستیک های زیست تخریب پذیر تولید کرده اند.

۷. گوشت مصنوعی

شاید این حرف شعاری به نظر برسد اما مصرف بالای گوشت فشار بسیاری زیادی را به کره زمین وارد می کند. تولید هر ۱۰۰ گرم گوشت مستلزم چرای دام ها در محیطی به مساحت ۱۶۴ متر مربع است و همین عامل یکی از دلایل اصلی نابودی مراتع و جنگل ها در آفریقای مرکزی و جنوبی به شمار می رود.

برآوردها نشان داده پرورش دام های اهلی باعث ۱۴.۵ درصد از  انتشار گازهای گلخانه ای است. مصرف مقادیر فراوان آب شیرین و آلودگی ناشی از کشتارگاه ها را هم باید به این مورد اضافه کرد.

خبر خوب این است که استارتاپ ها با دو روش استفاده از ترکیبات گیاهی یا کشت بافت حیوانی از طریق سلول های بنیادی به موفقیت بالایی در تولید گوشت مصنوعی بی نیاز از حیوانات دست پیدا کرده اند.

کمپانی «Impossible Foods» نوعی گوشت قرمز مصنوعی بر پایه ترکیبات گیاهی تولید می کند که تجربه طعم مطبوع را بدون خون و خونریزی میسر می سازد.

یکی دیگر از شرکت های معروف Mosa Meat است که علاوه بر بافت‌های عضله‌ای از بافت‌های چربی نیز استفاده می‌کند تا این نوع گوشت‌ها را لذیذتر و آبدارتر از قبل کند. Memphis Meats هم در زمینه گوشت مرغ مصنوعی فعالیت دارد.

۶. باتری ها

انرژی یکی از فاکتورهایی محدود کننده فناوری های سبز است. برای مثال جریان باد و نور خورشید قادر به تامین انرژی فراوانی است اما متوقف شدن جریان باد در برخی ساعات یا آفتابی شدن هوا باعث شده بسیاری از کمپانی ها تمایلی به استفاده از انرژی های تجدید پذیر نداشته باشند.

بسیاری از این محدودیت ها ناشی از فقدان باتری های قدرتمند برای ذخیره انرژی است. گران بودن فناوری کنونی تولید باتری، طولانی بودن زمان شارژ و ظرفیت نه چندان زیاد آنها محدودیت هایی است که باید از پیش رو برداشته شوند و تلاش هایی در این راستا صورت گرفته است.

کمپانی Form Energy در حال توسعه باتری های جریان سولفور گوگرد است که به ازای هر کیلو وات ساعت بین ۲۰۰ تا ۲۰ برابر ارزانتر از مدل های لیتیومی تمام می شوند. محققان چینی هم با اضافه کردن گرافن به کاتد باتری سولفور لیتیوم و اصلاح آن با کبالت دی سولفید کارایی این نوع باتری ها را بهبود بخشیده اند.

۵. حسگرهای زیست محیطی

برای نجات زمین پیش از هر چیز باید شرایط آن را بسنجیم و یکی از بهترین ابزارها برای اینکار فناوری سنسورهای توزیع شده است که در صورت ادامه روند کنونی به زیرساختی برای تمامی فرایندهای پایدار زیست محیطی در آینده تبدیل خواهد شد.

از حسگرهای زیست محیطی می‌توان در سنجش کیفیت هوا و آب، شناسایی آلودگی ها، ردیابی اسیدی شدن منابع آبی، اندازه گیری دما، جابجایی، فشار و دیگر معیارهای حیاتی استفاده کرد. یکی از جدیدترین دستاوردها در این زمینه غبار هوشمند است که از ابزارهایی با ابعاد میلیمتری تشکیل شده. این دستگاه‌ها به انواع سنسور، دوربین و لوازم ارتباطی مجهز بوده و داده های جمع آوری شده را پس از پردازش اولیه برای ذخیره سازی و تحلیل دقیق‌تر به مرکز ارسال می کنند.

۴. شبکه هوشمند برق

فرایند کاری شبکه های تامین برق میراثی ناکارآمد از قرون ۱۹ و ۲۰ است. این شبکه‌ها معمولا به صورت متمرکز ایجاد شده و برق را به کانال های زیر مجموعه توزیع می کنند که در نهایت به خانه ها، منازل و غیره می رسد.

شبکه ها برق فعلی مشکلات بسیاری به همراه دارند، برای مثال در ایران بیش از ۹۰ درصد برق تولیدی توسط نیروگاه‌های سوخت فسیلی تامین می شود. این شبکه ها علاوه بر اتکای به سوخت های فسیلی نسبت به نوسانات در مصرف هم حساسیت بالایی دارند که برای غلبه بر آن معمولا بیش از حد نیاز برق تولید می شود.

راه حل غلبه بر این مشکلات توسعه شبکه های هوشمند است که همین حالا در آمریکا و کشورهای دیگر به صورت آزمایشی پیاده سازی شده اند. شبکه های هوشمند امکان تامین انرژی به صورت محلی و حتی در مقیاس خانه را فراهم می کنند. در این شبکه ها با تکیه بر حسگرهای زیست محیطی تنها به اندازه نیاز برق تولید می شود بلکه مقادیر اضافی احتمالی هم در باتری ها ذخیره شده یا به شبکه بالادستی ارسال خواهد شد.

بر اساس تحقیقات موسسه Electric Power شبکه های هوشمند برق تا سال ۲۰۳۰ میزان انتشار کربن دی اکسید را در مقایسه با ده سال قبل تا ۵۸ درصد کاهش خواهند داد.

۳. جذب کربن

وجود مقادیر انبوه کربن دی اکسید در جو باعث گرمایش زمین شده اما یک کلاس نوظهور از فناوری ها با عنوان «جذب و ذخیره کربن» (CCS) امیدواری هایی را برای بهبود این وضع به همراه آورده است.

CCS  امکان جداسازی کربن دی اکسید از گازهای تولید شده در فرایندهای صنعتی به سه روش را میسر می سازد: جذب پیش از احتراق، جذب پس از احتراق و احتراق کامل سوخت. در این روش کربن از طریق لوله ها منتقل شده و به شکل جامد زیر زمین ذخیره می شود.

دو سال قبل نخستین نمونه از این فناوری ها در سوییس آغاز به کار کرد و پس از آن استارتاپ هایی در آمریکا و کانادا هم همین مسیر را دنبال کردند.

۲. همجوشی هسته ای

خورشید یک راکتور همجوشی طبیعی است که در آن اتم های هیدروژن پس از برخورد با سرعت بسیار بالا به هم جوش خورده و اتم هلیوم را به وجود می آورند. انسان هم از مدت ها قبل به دنبال شبیه سازی این فناوری بوده اما توفیق چندانی به دست نیاورده است.

همجوشی هسته ای از نظر زیست محیطی فوق العاده است چون در آن هیچ کربنی در جو منتشر نمی شود. برخلاف روش شکافت هسته ای که در نیروگاه های متداول مورد استفاده قرار می گیرد، همجوشی هسته ای زباله کمتری تولید کرده و در عین حال سه تا چهار برابر انرژی بیشتری تولید می کند.

مشکل اینجاست که برای تولید انرژی مثبت از همجوشی دو ذره، واکنش باید در دمای میلیون ها درجه سانتیگراد رخ دهد، به عبارت دیگر محفظه مورد استفاده از هر جنسی هم که باشد ذوب خواهد شد.

راه غلبه بر این مشکل نگه داشتن واکنش در پلاسمای مایع است به گونه ای که حرارت جهنمی به محفظه نرسد. محققان بر این باورند که با استفاده از آهنرباهای فوق قدرتمند می توان به آن دست پیدا کرد. به گفته محققان MIT به لطف کلاس جدیدی از آهنرباها برق تولیدی از راکتورهای همجوشی هسته ای تا ۱۵ سال دیگر وارد مدار خواهند شد.

همچنین کمپانی آمریکایی Agni روشی را ابداع کرده که در آن پرتوی یون ها با استفاده از میدان های الکتریکی و مغناطیسی روی منبع سوخت جامد متمرکز شده و دیگر نیازی به کنترل طولانی آنها نخواهد بود.

۱. هوش مصنوعی

هوش مصنوعی همیشه با سناریوهای علمی تخیلی مثل رستاخیز ربات ها، نابودی هسته ای و به بردگی گرفتن نژاد بشر همراه بوده اما علی رغم این تردیدها AI یکی از راه‌های خلاص شدن از مخمصه‌ای است که خودمان باعث آن شده ایم.

برنامه AI for Earth مایکروسافت یکی از پروژه هایی است که با تکیه بر هوش مصنوعی به دنبال کمک به سیاره زمین است. در این برنامه بودجه ای مشخص در اختیار ۲۰۰ تیم پژوهشی قرار گرفته تا کاربرد فناوری های AI را در زمینه های تنوع زیستی، اقلیم، آب و کشاورزی بررسی کنند.

در حال حاضر محققان از الگوریتم های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی برای تجزیه و تحلیل سطوح یخی و تغییرات آنها و تعیین بهترین مکان برای جنگل کاری به منظور بهینه سازی جذب کربن استفاده می کنند. گوگل همین حالا با تکیه بر هوش مصنوعی انرژی صرف شده برای خنک سازی دیتاسنترها را تا ۳۰ درصد کاهش داده است.

هوش مصنوعی در آینده نزدیک مصرف آب و آفات شیمیایی در کشاورزی را به حداقل خواهد رساند. این الگوریتم ها با بهینه سازی مسیر حرکت ماشین های خودران آلودگی هوا را کاهش داده و در تحقیقات علمی برای تولید مواد سازگار با محیط زیست به محققان کمک می کنند.