Zum Abschluss der Herbstsaison 2021 blicken wir auf eine Ära mit beispiellosen Investitionen in die technologische Infrastruktur, die von der Klimakrise angetrieben wurden, zurück. MIT nutzte diesen Moment in seiner Herbstpublikation um zu untersuchen, wie Tough Tech die Zukunft des Planeten verändern und gestalten kann.
Die Höhepunkte der Ausgabe beginnen mit der Feststellung, dass bei den US-Wahlen im vergangenen November ein neuer Präsident und ein Kongressmandat für robustere staatliche Investitionen eingeführt wurden. Dies war aufgrund der technischen Verzögerungen bei privaten Investitionen wichtig – Technologie hat eine längere Reifezeit, und Renditeerwartungen an privates Kapital sind ein Nachteil für Technologieinvestitionen. Regulatorische Beschränkungen, die für bestehende Technologien entwickelt wurden, verschärfen das Dilemma, indem sie die Hürden für Start-ups erhöhen.
Die Bewältigung der heutigen globalen Herausforderungen erfordert jedoch eine komplexe Systemanalyse, und privates Kapital ist nur ein Teil der Lösung. Technologie kann gesellschaftliche Strukturen verändern, die von öffentlicher und privater Zusammenarbeit zu bahnbrechender Technologie übergehen. Die Kommerzialisierung kann ethische und weitreichende Auswirkungen auf unsere Volkswirtschaften und Gesellschaften haben.
Die Polizei liefern, um harte Technologie zu schmieden
Das Wirtschaftswachstum in diesem Jahrzehnt kann zur Etablierung völlig neuer Industrien führen. Die Autorin Rees Sweeney-Taylor schlägt vor, dass:
- Halbleiter der nächsten Generation könnten das Rückgrat für eine Vielzahl von Branchen wie autonome Fahrzeuge, Smart Cities und Telemedizin bilden.
- Energietechnologien wie Fusion, Geothermie und Energiespeicherung könnten helfen, die Klimakrise abzumildern.
- Quantencomputing könnte die Rechenleistung exponentiell erweitern und potenziell Probleme wie Verschlüsselung und Kryptographie, molekulare Modellierung und autonome Fahrzeugsimulationen lösen.
- Synthetische Biologie könnte bisher unheilbare Krankheiten heilen, die Nahrungsmittelversorgung radikal erweitern, um einen Planeten mit 10 Milliarden Menschen zu ernähren, und bisher knappe Ressourcen besser verfügbar machen.
Ein Beispiel für den Beginn einer solchen Vorwärtsdynamik ist der parteiübergreifende US-Innovations- und Wettbewerbsgesetz (USICA) des Senats vom Juni 2021, der das CHIPS-Programm befürwortete. Es enthält 52 Milliarden US-Dollar für Halbleiterforschung, -design und -fertigung und genehmigte erhebliche Budgeterhöhungen bei der National Science Foundation, dem Energieministerium und dem Verteidigungsministerium für Forschung und Entwicklung in 10 Schlüsseltechnologiebereichen:
- künstliche Intelligenz
- Halbleiter
- Quanten-Computing
- Robotik
- Katastrophenschutz
- Kommunikation
- Biotechnologie
- Datenspeicher
- Energie
- Materialien
Wie Tech den großartigen Build verändern kann
Wenn wir die Bedeutung der Materialien untersuchen, die wir für die Herstellung unserer Gebäude verwenden, können wir erkennen, wie die Atmosphäre, die sie im Inneren erzeugen, und die Auswirkungen, die sie außen auf die Umwelt haben, entscheidend für das Leben und Gedeihen zukünftiger Generationen sein werden. Die Autorin Monique Guimond fordert uns auf, uns fahrerlose Verkehrssysteme, Gebäude voller Sensoren, Augmented Reality und Androiden vorzustellen, die alle Bedürfnisse eines Stadtbewohners erfüllen. Die nachhaltigen Innovationen werden durch die Art und Weise bestimmt, wie Gebäude gebaut und montiert werden. Um an diesen Ort zu gelangen, ist es wichtig, die allgegenwärtigsten Baumaterialien – Zement, Stahl, Glas und Holz – und ihre Herstellung, ihren Transport und ihre Montage zu untersuchen. Das ist unabdingbar, um den enormen Wohnungsbedarf der Welt zu decken und gleichzeitig die Stabilität des Klimas für nachfolgende Generationen zu erhalten.
Der verkörperte Kohlenstoff der gebauten Umwelt umfasst alles, was vor der Inbetriebnahme eines Gebäudes passiert. Das bedeutet, dass die Energie- und CO2-Emissionen in den frühesten Lebensphasen eines Gebäudes betrachtet werden müssen, von der Gewinnung und Herstellung von Materialien über den Transport zu den Baustellen bis hin zum Bau des Bauwerks selbst. Allein diese Stufe macht über 10 % der weltweiten Emissionen aus, innerhalb der Hälfte, für die der Gebäudesektor verantwortlich ist. Ein Gebäude mit einer durchschnittlichen Lebensdauer von 80-100 Jahren macht durchschnittlich 20 % der gesamten Lebenszeitemissionen aus, oder ein Fünftel des CO2-Fußabdrucks eines typischen Gebäudes ist bereits erstellt, bevor seine Türen überhaupt geöffnet werden Diese Jahre machen einen größeren Anteil der gesamten zu sanierenden Sektoremissionen aus.
Viele Unternehmen arbeiten nun an Lösungen für das Dilemma der gebauten Umwelt.
- Sublime Systems wendet industrielle elektrochemische Konzepte an, um Kalkstein bei Raumtemperatur in Kalk umzuwandeln, wodurch das während des Umwandlungsprozesses erzeugte CO2 leichter erfasst und der Gesamtenergieverbrauch gesenkt wird. Der Prozess von Sublime kann mit erneuerbarem Strom betrieben werden und ist dann klimaneutral.
- Carboncure, Solidia, Carbicrete und LC3 versuchen, den Kohlenstoffausstoß des Materials zu reduzieren, wobei Industrieunternehmen wie LafargeHolcim und CEMEX ebenfalls kohlenstoffarme Alternativen anbieten. Zu den Ansätzen gehören die Verwendung von recyceltem CO2 in der Betonmischung, um Kohlenstoff zu speichern und die Lösung zu verstärken, oder die Einführung von kostengünstigem und reichlich verfügbarem Ton, der sehr wenig Kohlenstoff emittiert und die Menge an Kalkstein reduziert, die abgebaut werden muss.
- Boston Metals arbeitet an einer Zukunft ohne Umweltverschmutzung durch die Metallproduktion. Der Molten Oxide Electrolysis-Prozess des Unternehmens vereint Innovationen, die am MIT entwickelt wurden, und bewährte Verfahren aus der Aluminium- und Stahlindustrie. Es verwendet eine Elektrolysezelle, die aus 3 Komponenten besteht: einer Anode, einer Kathode und einem Elektrolyten; die materialien dieser komponenten ermöglichen die trennung von erzen in stahl und sauerstoff ohne treibhausgasemissionen.
Ein CO2-freies Energie-Ökosystem und wie Technologie die Art und Weise verändern kann, wie wir Energie verbrauchen
Die grundlegende Quelle für Kohlenstoffemissionen ist die kohlenstoffreiche Angebotsseite des aktuellen Energieökosystems. Daher muss jedes CO2-freie Energiesystem entweder auf kohlenstofffreie Primärquellen zurückgreifen oder die CO2-Emissionen aus fossilen Primärquellen mindern.
Fast sofort wird das Ausmaß des Problems klar: Wir müssen einen Weg finden, die 80 Quads der CO2-intensiven Primärenergieversorgung – ungefähr 80 % des gesamten US-Energieverbrauchs im Jahr 2019 – zu ersetzen, die derzeit aus kohlenstoffbasierten Quellen stammen mit einer Kombination aus sauberen Quellen und Minderungsmaßnahmen. Der Autor Amrit Jalan skizziert den Aufwand und die Auswirkungen eines solchen Übergangs. Nur durch Infrastrukturverschiebungen bei Übertragungsleitungen, Ladestationen für Elektrofahrzeuge und Landzuweisungen beispielsweise für Solar- und Windparks können das Ausmaß und die Geschwindigkeit erreicht werden, die für einen wirksamen Wandel erforderlich sind.
Drei Wege werden sich zu einem wirklich CO2-freien Energieökosystem verwandeln.
- Elektrisiere alles: Ein Energiesystem mit Strom als alleinigem Energieträger erfordert eine Vervierfachung unserer bestehenden Stromversorgung von 450 GW auf 1800 GW. Versorgungsquellen wie Sonne, Wind, Kernenergie und Geothermie müssen in großem Umfang entwickelt und eingesetzt werden.
- Transport: Eine Verteilungsinfrastruktur, die erhöhte Lasten und inhärente Unterbrechungen mehrerer Versorgungsquellen bewältigen kann. Das derzeitige Stromnetz funktionierte weitgehend unter der Bequemlichkeit der Sicherheit, die durch fossile Brennstoffe garantiert wird. Sie muss sich an eine Zukunft anpassen, in der die Bezugsquellen kleiner, verteilter und interaktiver sind.
- Benutzen: Jede Maschine, die Energie benötigt, muss neu konstruiert werden, um mit Elektronen zu arbeiten. Es wird notwendig sein, Elektrifizierung und synthetische Kraftstoffe durch direkte Erdwärme zu ergänzen, um Ineffizienzen bei Umwandlung und Verteilung zu minimieren. (Obwohl dies für verschiedene Endanwendungen möglich ist, ist Strom aufgrund von Technologie, Betrieb, Kosten und Komplexität möglicherweise nicht die Energiequelle der Wahl für Anwendungen wie Schifffahrt und Luftfahrt.)
Letzte Gedanken, wie Technologie unser Leben verändern kann
The Engine, gebaut vom MIT, ist eine Venture-Firma, die in junge Unternehmen investiert, die die größten Probleme der Welt durch die Konvergenz von bahnbrechender Wissenschaft, Technik und Führungsqualitäten lösen. Ihre Mission ist es, den Weg zur Marktreife für Tough Tech-Unternehmen zu beschleunigen, indem sie Zugang zu einer einzigartigen Kombination aus Investitionen, Infrastruktur und Gemeinschaft bietet.
Die in diesem Artikel enthaltenen Highlights sind wirklich nur ein Ausgangspunkt. Wenn Sie daran interessiert sind, sich eingehend mit der innovativen Technologie zu befassen, die derzeit in Laboren vor sich geht und unsere Zukunft für saubere Energie ankurbeln wird, abonnieren Sie MITs Der Motor.
Bild von NASA/Open Source abgerufen
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