Planeten är i fara. Människan både orsakar och kämpar mot avskogning, havsförsurning och stigande temperaturer, för att nämna några av våra mindre gynnsamma arv.
Fakta är komplexa men trenderna är inte lätta att ifrågasätta. Ändå är ämnet global fara ett ämne som väcker ilska nuförtiden, med ansvar för att inte försätta läsaren i försvarsställning. Kanske beror det på att vi får höra det värsta i huvudet och sällan tillåts frossa i lösningar.
SEE: How blockchain will disrupt business (ZDNet/TechRepublic special feature) | Ladda ner den kostnadsfria PDF-versionen (TechRepublic)
Mindre kontroversiell är därför kanske idén om att tekniken har en roll att spela när det gäller att göra vår planet till en bekvämare och hållbarare plats för människorna att fortsätta plöja på. Att leva upp till den höga titeln på den här artikeln med en definitiv lista över tio tekniker som kommer att hjälpa vår planet att överleva är förmodligen en förlorad affär. Det är troligt att du kommer att ha invändningar mot någon aspekt av den här listan. Det är okej. Det är vad kommentarsfältet är till för; jag vill gärna höra från dig.
Det är också värt att notera att vissa av dessa tekniker är förknippade med egna risker. Faktum är att vår bästa insats nummer ett för att hjälpa vår planet också kan innebära en undergång för vår art.
Men när jag ser på hotbilden och de verktyg som håller på att utvecklas för att hjälpa till kan en viss optimism inte låta bli att smyga sig in. Här är mina tips på de tio tekniker som med största sannolikhet kommer att hjälpa till att rädda jorden.
Solglas
Tänk om varje fönster i en skyskrapa kunde generera energi? Det är löftet med solglas, en ny teknik som får mycket uppmärksamhet i design- och hållbarhetskretsar. Precis som det låter är solglas ett lämpligt genomskinligt fönstermaterial som också fångar upp solens energi och omvandlar den till elektricitet.
Det stora hindret har varit effektiviteten. Solceller med hög prestanda kan uppnå en verkningsgrad på 25 % eller mer, men för att bibehålla transparensen måste man offra effektiviteten med vilken ljuset omvandlas till elektricitet. Men ett team från University of Michigan håller på att utveckla en solglasprodukt som ger 15 % effektivitet och klättring samtidigt som den släpper igenom hela 50 % av ljuset. Enligt beräkningar från närliggande Michigan State finns det 5 till 7 miljarder kvadratmeter användbart fönsterutrymme, vilket räcker för att driva hela 40 % av USA:s energibehov med en solglasprodukt.
Grafen
Starkare än stål, tunnare än papper, mer ledande än koppar, grafen är verkligen ett mirakelmaterial – och tills nyligen ett helt teoretiskt material. Grafen är ett ultratunt grafitskikt som först upptäcktes 2004 vid universitetet i Manchester. Det är nu föremål för intensiv forskning och spekulationer, och många förutspår att det kommer att stå på tur efter brons, järn, stål och kisel när det gäller att främja vår arts kulturella och tekniska utveckling.
Grafen, som är endast en atom tjock, är flexibelt, genomskinligt och mycket ledande, vilket gör det lämpligt för ett stort antal tillämpningar för att läka planeten. Dessa inkluderar vattenfiltrering, supraledare som kan överföra energi över stora avstånd med minimal förlust, och fotovoltaiska användningsområden, för att nämna några. Genom att kraftigt öka effektiviteten jämfört med nuvarande material kan grafen visa sig vara en hörnsten i vår gröna pånyttfödelse.
8. Växtbaserad plast
Vi måste sätta stopp för engångsplast. Det pågår redan initiativ runt om i USA för att förbjuda eller kraftigt begränsa användningen av dem. Där jag bor, i LA, delas sugrör av plast endast ut på begäran och engångsplastpåsar har försvunnit från livsmedelsbutiker. Men problemet är djupt rotat och djupt förankrat i vår konsumtionsekonomi. Jag bor nära havet, och mängden plastskräp som syns en vanlig dag är förödande.
Plantbaserade plaster som bryts ned biologiskt är en godtagbar lösning, eftersom de i teorin skulle kunna ersätta många av de plastprodukter som redan är i omlopp. Ett indonesiskt företag som heter Avani Eco har tillverkat bioplast av kassava sedan 2014. Precis som falskt kött och solglas borde detta bli en blomstrande sektor under de kommande åren. Men se upp: Alla bioplaster är inte biologiskt nedbrytbara, och fördelarna med vissa produktionstekniker är omdiskuterade. En del av att bli en ansvarsfull konsument under nästa årtionde kommer att vara att känna till livscykeln för de produkter vi väljer att köpa, från skapelse till entropi.
Fake meat
Kära köttätare, jag har goda nyheter och dåliga nyheter. Först de dåliga: Köttproduktionen är helt förfärlig för planeten. År 2017 undertecknade mer än 15 000 forskare världen över en varning till mänskligheten där de bland annat uppmanade till att drastiskt minska vår konsumtion av kött per capita. Ett problem är markanvändningen. Produktionen av nötkött är beroende av 164 kvadratmeter betesmark per 100 gram kött och är en av de största orsakerna till avskogning i Central- och Sydamerika, vilket leder till oöverträffade koldioxidutsläpp i atmosfären. FN:s livsmedels- och jordbruksorganisation anser att boskap står för cirka 14,5 procent av de antropogena utsläppen av växthusgaser. Djuren använder också enorma mängder sötvatten samtidigt som den förorenade avrinningen från industriell boskapsuppfödning förorenar lokala vattendrag.
De goda nyheterna? Falskt kött är äntligen bra. Riktigt bra. Företag som Beyond Meat och Impossible Foods levererar läckra alternativ till kött som kan ersätta det riktiga köttet. Lika mycket som de tekniska framstegen och den avancerade livsmedelsvetenskapen är den verkliga triumfen för dessa företag att de har gjort fejkat kött kulturellt hippt. Du kan nu beställa köttfria hamburgare på Burger King och få en köttfri taco på Del Taco.
6. Batterier
Effekt är den begränsande faktorn som håller tillbaka många gröna tekniker. Vind- och solkraft kan till exempel generera stora mängder el, men införandet av tekniken har hämmats av en stor brist: Ibland är det varken blåsigt eller soligt. Elbilar gör också stora framsteg, men tills räckvidden ökar och laddningstiderna blir kortare kommer fossila bränslen att fortsätta att styra.
Den befintliga batteritekniken räcker inte till. För det första är den för dyr. Enligt Clean Air Task Force skulle Kalifornien behöva spendera 360 miljarder dollar på energilagringssystem för att uppnå de ambitiösa målen att enbart försörja sig med förnybara energikällor. Ett företag som heter Form Energy håller på att utveckla så kallade vattenbaserade svavelflödesbatterier som kommer att kosta mellan 1 och 10 dollar per kilowattimme, jämfört med litium som kostar 200 dollar per kilowattimme. Lagringstiderna bör också öka, kanske till flera månader. Forms lösning skulle kunna hjälpa Kalifornien att uppnå sina energimål före mitten av århundradet och ge en färdplan för resten av världen.
Miljösensorer
För att läka planeten måste vi mäta den. Distribuerade sensorer är en av de okända tekniker som gör det möjligt att göra det, och den fortsatta spridningen av den nätverksbaserade sensormiljön kommer att vara en av de underliggande teknikerna bakom nästan alla tänkbara hållbarhetsinsatser.
Vill du ha ett exempel? På 1980-talet bidrog högre skorstenar till att minska de lokala luftföroreningarna på östkusten. Problemet var att skorstenarna korrelerade med en högre grad av surt regn, vilket ledde till omfattande avskogning. Hur kunde man se sambandet? Tidiga nätverksbaserade föroreningssensorer.
Tekniken har naturligtvis utvecklats sedan dess. Nätverkssensorer som är så små som ett mynt övervakar redan luft- och vattenkvalitet, identifierar föroreningar, spårar försurning och samlar in realtidsdata om fenomen som är avgörande för vårt sociala och ekonomiska välbefinnande. Bärbara sensorer för luftkvalitet är på väg, och lokala sensornätverk som övervakar energi- och vattenförbrukningen i byggnader minskar avfallet. Den fortsatta spridningen av dessa sensorer kommer att ha en dramatisk inverkan på vårt sätt att leva.
4. Smarta elnät
Det sätt på vilket vår energiinfrastruktur – kollektivt känd som elnätet – fungerar nu är en oroande kvarleva från 1800- och 1900-talen. Energiproduktionen är fortfarande till stor del centraliserad och distribueras nedströms för att så småningom nå slutanvändarna. Problemet är att dessa nät är mycket känsliga för fluktuationer i användning och produktion. För att få dem att fungera på ett tillförlitligt sätt kräver de en överproduktion av energi. De är känsliga för attacker, och de tenderar att förlita sig på energikällor som ger upphov till föroreningar.
Smarta nät håller redan på att införas i testbäddar i USA och internationellt. Konceptet är inte så mycket en enskild teknik som en användning av ett stort antal energi-, distributions-, nätverks-, automations- och sensortekniker för att utforma ett nytt nät för 2000-talet. Smarta nät kommer att möjliggöra lokal energiproduktion ända ner till hushållsnivå, som kan återföras till nätet uppströms. Sensorteknik och mer exakta prognosmodeller kommer att finjustera energiproduktionen för att undvika överproduktion, och bättre batteriteknik (se nr 7 på den här listan) kommer att möjliggöra lagring av förnybar energi. Konceptet sträcker sig till och med bortom ljusuttaget. I takt med att apparaterna blir smartare kan elnätet börja signalera automatiskt att de ska stängas av för att spara energi. Allt detta kan leda till en enorm förändring av hur vår energiinfrastruktur fungerar. Enligt en studie från Electric Power Research Institute kan tekniken för smarta elnät hjälpa oss att minska koldioxidutsläppen med 58 procent fram till 2030 jämfört med nivåerna för tio år sedan.
3. Koldioxidinfångning
Det finns för mycket koldioxid i luften och det värmer upp vår planet. Vad skulle hända om vi kunde fånga och binda den?
Det är förutsättningen för Carbon Capture and Storage (CCS), en ny klass av teknik som är redo att spela en viktig roll för vår planets hälsa under de kommande decennierna. Enligt CCS Association gör avskiljningsteknik det möjligt att separera koldioxid från gaser som produceras vid elproduktion och industriella processer genom en av tre metoder: avskiljning före förbränning, avskiljning efter förbränning och oxyfuelförbränning. Kolet transporteras via rörledningar och lagras i bergsformationer långt under markytan.
Under 2017 togs världens första anläggning för avskiljning av koldioxid i drift i Schweiz. Startups i USA och Kanada har utvecklat egna anläggningar för koldioxidavskiljning. I stor skala skulle tekniken kunna bidra till att vända en av vår tids mest alarmerande miljötrender.
2. Kärnfusion
Vår sol drivs av fusionen av vätekärnor som bildar helium. I årtionden har forskare arbetat med att utnyttja samma process för att skapa hållbar kraft på jorden. Arbetet är ytterst övertygande ur ekologisk synvinkel eftersom det utgör en energiform utan koldioxidutsläpp. Till skillnad från kärnklyvning, den process som driver dagens kärnkraftverk, leder fusion inte till produktion av långlivat radioaktivt kärnavfall.
Problemet är värme. För att generera positiv nettoenergi när två partiklar smälter samman måste reaktionen äga rum vid miljontals grader celsius, och det innebär att det kärl du använder för att smälta kommer att, ja, smälta. Lösningen är att suspendera reaktionen i en flytande plasma så att den extrema värmen inte kommer i kontakt med kammaren, en process som forskarna tror kan uppnås med hjälp av högeffektiva magneter. Den typiska tidsplanen för fusionskraft är 30 år, men ett team vid MIT som arbetar med en ny klass av magneter tror att de kan få fusionskraft i elnätet på bara 15 år, vilket skulle vara en stor fördel i kampen för att bromsa planetens uppvärmningstrend.
Artificiell intelligens
Säkerligen kan det leda till vår undergång via ett antal sci-fi-premisser (kärnvapenförintelse, strategisk utrotning av arter, robotarnas uppkomst), men artificiell intelligens kan också vara vår bästa chans att beräkna oss själva ut ur det allvarliga tillstånd vi befinner oss i.
Microsofts AI for Earth-program är ett av de pågående insatserna för att utnyttja potentialen hos artificiell intelligens för planetens bästa. Programmet har gett mer än 200 forskningsbidrag till grupper som tillämpar AI-teknik för planetär hälsa inom ett av fyra områden: biologisk mångfald, klimat, vatten och jordbruk. Primitiva AI- och maskininlärningsalgoritmer analyserar för närvarande isytor för att mäta förändringar över tid, hjälper forskare att plantera nya skogar med exakt utformning för att maximera kolinlagringen och möjliggör varningssystem för att hjälpa till att stoppa destruktiva algblomningar.
AI påverkar jordbruksmetoderna och kommer snart att förändra hur jordbruket bedrivs i de industrialiserade länderna genom att minska vårt beroende av bekämpningsmedel och drastiskt sänka vattenförbrukningen. AI kommer att få autonoma fordon att navigera mer effektivt och sänka luftföroreningarna. Materialforskare använder artificiell intelligens för att utveckla biologiskt nedbrytbara ersättningar för plast och utveckla strategier för att rena våra hav, som årligen tar emot cirka åtta miljoner ton plast.
Fundamentalt sett kommer artificiell intelligens att utgöra grunden för våra framtida ansträngningar att avhjälpa den skada som redan har åsamkats planeten och samtidigt hitta skalbara lösningar för att upprätthålla våra arters behov av energi, mat och vatten.
Det, eller så kommer det att bli vår arts förmodligen välförtjänta undergång.