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2024 年，對抗氣候變遷的科技突飛猛進。發電風箏在空中翱翔、碳捕捉裝置在海洋中運行、農業科技的新方式深入土地之中。如果這些聽起來陌生，別擔心！IEEE Spectrum整理了過去一年十大氣候科技故事。
1. 如何讓建築物防範電磁脈衝（EMP）
今年令人驚嘆的極光景象，預示了來自太陽風暴的危險電磁脈衝（EMP）。EMP 不僅可能摧毀電子系統並使電網過載引發停電，還可能由人為攻擊引發，例如在人造衛星高空引爆核武器。幸運的是，位於田納西州橡樹嶺國家實驗室的研究員劉玉露正在研究這一問題。在 IEEE Spectrum 的問答中，她解釋了電磁脈衝的危險性，以及她的實驗室如何設計能夠保護內部敏感設備的建築物。
2.貨櫃大小的飛行風箏系統就能提供發電能力
在風力渦輪機不切實際的偏遠或難以到達的地區，現在出現了一種新的可再生能源發電方式：風箏。總部位於荷蘭的 Kitepower 公司，正致力於實施一種名為 Hawk 的發電風箏系統。當風拉動風箏的地面繫繩時，會產生一股力，並轉換成電力。60 平方公尺的風箏可以飛到 350 公尺的高度（是風力渦輪機高度的兩倍多），捕捉更強勁、更穩定的風力。這些風箏配備了 400 千瓦時的電池，整個系統可以放入一個標準的貨櫃中。Kitepower 希望將 Hawk 送到目前依賴柴油發電機的偏遠社區，為他們提供更清潔的電力來源，而且佔用的空間比風力渦輪機小得多。
3. 熱泵挑戰嚴寒氣候
從歷史上看，熱泵在寒冷地區的功能一直不佳，大多數熱泵在 4 °C 左右的環境下運轉能力會下降，在 -15 °C 左右則會失效。但現在，隨著壓縮機的改進，熱泵製造商表示，他們擁有了可以在嚴寒地區像在溫和冬季一樣有效地為房屋供暖的技術。熱泵的工作原理是移動和壓縮沸點非常低的流體。壓縮機是提高流體變成蒸汽的溫度和壓力的元件，因此改進壓縮機的馬達速度和注入更多蒸汽的時機，可以提高熱泵在較低溫度下的效率。美國能源部與加拿大自然資源部合作舉辦了「寒冷氣候熱泵技術挑戰賽」，8 家熱泵製造商正在測試他們的熱泵，目標是在 -15 °C 的環境下也能以最大容量運轉。。
4. 農業物聯網系統透過土壤傳輸電力
智慧農業物聯網設備透過測量 GPS 座標、濕度、溫度、酸鹼度、養分等，幫助農民全面了解農田的狀況。問題是如何為這些分散的感測器提供充足的電力。但如果我們利用已經連接所有設備的東西呢？沒錯，就是土壤。田納西理工大學的研究人員設計了一種透過土壤傳輸電力的方法。研究人員的 2 英畝測試網路以 60 赫茲的頻率傳輸電力，每天僅消耗 0.1 千瓦時。如果他們以零售價格支付這些電力，每天的成本僅略高於 1 美分。
5. Ebb Carbon 推動海洋地球工程計畫
Ebb Carbon 是一家總部位於加州的新創公司，準備開始從空氣中去除數百噸的二氧化碳。他們位於華盛頓州天使港的二氧化碳去除工廠，名為 Macoma 計畫，將利用電化學方法將海水分成酸性和鹼性兩部分。酸性水流將被中和或運出，鹼性水流將被釋放到海洋中。在那裡，它將與二氧化碳混合，形成碳酸氫鹽，這是一種穩定的碳儲存方式。隨著該計畫從海洋中捕捉和儲存二氧化碳，海洋將能夠從空氣中吸收更多的二氧化碳。儘管許多海洋科學家對像這樣的海洋地球工程計畫持懷疑態度，但美國能源部已經制定了一項 1 億美元的「碳衝擊」計畫，將資助二氧化碳的去除和儲存，包括在海洋儲層中。
6. 太陽能板回收的清潔綠色方案
數百萬噸的太陽能板將在 2025 年達到使用壽命。它們含有矽、銀和銅——這些材料非常有價值，但難以從硬體中提取出來。目前最好的太陽能板回收工藝可以回收 90% 的這些金屬，但成本高昂，而且經常使用有毒化學物質。新創公司 9-Tech 的回收工藝可在不使用有毒化學物質或向環境排放污染物的情況下，回收高達 90% 的材料。9-Tech 試驗工廠的工人手動拆除太陽能板的鋁框架、接線盒和強化玻璃。然後將剩餘的材料送入 400 °C 的熔爐中，並用過濾器捕捉產生的污染物。一系列的篩子將玻璃和矽分離，然後將矽送入酸浴中，利用超音波將其與附著的銀分離。新創公司的創始人表示，這個過程成本高昂，但回收的材料品質很高，這有助於抵消成本。
7. 微波驅動飛機的未來構想
如果我們想要讓航空業完全脫碳，就必須跳脫框架思考。Ian McKay 提出了一個可能的未來，我們可以使用體育場大小的微波陣列，將電力發射到飛機上的天線。這些微波可以穿過雲層，不會傷害乘客，但會大幅加熱空氣，也可能會傷害附近的鳥類。雖然從未有人嘗試過這樣做，但技術的進步表明這可能是可行的，包括一家加州理工學院的新創公司，打算利用相控陣列將太陽能從衛星傳輸到地球。即使存在巨大的技術障礙和可能的監管問題，這個思想實驗也值得考慮，因為為航空業脫碳的其他不那麼奇特的想法也存在著自身的問題。。
8. Climeworks 使用新技術捕捉更多 CO₂
總部位於蘇黎世的 Climeworks 公司表示，其新的直接空氣捕捉（DAC）技術將在本世紀末去除數百萬噸的二氧化碳。他們最新的設施最終每年將從空氣中提取 36,000 噸的二氧化碳。他們的新型直接空氣捕捉技術，依靠一種新型吸附劑（吸收二氧化碳的材料），其幾何形狀經過修改，可以讓更多的表面積暴露在空氣中，捕捉雙倍的二氧化碳。新的設計將把他們的收集器單元結構從三層式機架改為立方體式設計，四面牆壁的收集器圍繞著一個中央豎井。這些將用於「Cypress 計畫」直接空氣捕捉中心，這是一個由美國能源部資助的計畫，旨在建立美國第一個百萬噸級二氧化碳去除中心。
9. 飛秒雷射解決太陽能板回收難題
太陽能板的設計經久耐用。為了承受惡劣的天氣、不斷變化的溫度和數十年使用的磨損，它們的光伏材料需要緊密的密封。大多數製造商透過在玻璃板之間添加黏性聚合物層來實現這種密封。但在太陽能板的使用壽命結束時，這些聚合物變得極難去除。美國國家再生能源實驗室的研究人員發現了一種無需聚合物即可熔合玻璃的方法，即使用飛秒雷射將其熔合在一起。這種強烈的光子束會改變玻璃的光吸收率，產生一小團電離的玻璃原子電漿，將玻璃板熔合在一起。這種新方法製造的太陽能板使用壽命更長，而且更容易回收。
10. 熱帶資料中心的節能降溫創意
資料中心是能源消耗大戶，尤其是在氣候溫暖的地區。但新加坡的研究人員現在正在測試以永續的方式為資料中心降溫。20 多家科技公司、大學和政府機構合作，共同參與「永續熱帶資料中心測試平台」。他們正在測試一種新的 StatePoint 液體冷卻系統，該系統利用疏水性微孔膜，製造出一種液體對空氣的熱交換器，可以冷卻水。這種系統在炎熱潮濕的環境中更有效，因為它產生的是冷水而不是冷空氣。研究人員還將測試一種原型塗有乾燥劑的熱質交換器，該交換器塗有一種乾燥劑材料，可以吸收透過的空氣中的水蒸氣，使空氣乾燥，進而去除資料中心的濕氣。未來，他們希望將這些節能技術應用到全球各地的熱帶資料中心。
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