Låt oss inse det, om vi ska rädda planeten från oss, vi kommer att behöva utveckla renare teknik. Här är vad framtiden har i beredskap när vi gör övergången till en high-tech, low-carbon world.
Vår värld är att successivt övergå till en ekonomi med låga koldioxidutsläpp. Och det är inte bara på grund av klimatförändringarna. Andra som bidragit är stigande kostnader för energi, den globala befolkningsökningen, snabbt ökande säkerhetsproblem, och expanderande globala ekonomiska aktiviteten.
Om man ser till framtiden, är det svårt att veta exakt visshet om vad en låg-kol, eller “grön ekonomi”,” kommer att se ut när vi uppnår det, men vi kan vara säkra på att det kommer att innebära en stor förändring av vårt nuvarande ohållbara kol-tung ekonomin. Vi kan aldrig helt eliminera koldioxidutsläppen, men kan vi verkligen strävar efter att uppnå klimatneutralitet. Eftersom våra konsumtionsmönster är osannolikt att ändra, kommer att kräva stora tekniska investeringar och uppfinningsrikedom.
Futuristiska Ramez Naam, författare av Oändlig Resurs: Strömmen av Idéer på en Ändlig Planet, förklaras det att Gizmodo detta sätt: “Inom energi, mat, transporter, bostäder, och alla som: Mycket lite av våra framsteg kommer att ske genom att få människor att frivilligt konsumera mindre. Människor motstå att enormt. Vad vi måste göra, om vi vill lyckas, är att ge mer av ren, icke-förorenande, klimat-och säkert alternativ i alla dessa.”
Ett Modernt Exempel
Tack och lov för att nå en låg kol-tech-världen är inte bortom vår kapacitet. Som science fiction-författare och futuristiska Madeline Ashby berättade Gizmodo, vi redan har en verklig värld exempel: Island.
Sponsrade
Islands IDDP-1, världens första magma-förstärkta geotermiska system. (Credit: IDDP)
Ja, denna lilla, norra landet redan genererar 85% av sin energi i ett hållbart, om än inte helt koldioxidneutralt sätt. Anmärkningsvärt, över 65% av Islands energi kommer från geotermiska källor, av vilka de flesta är riktad mot värme och el.
Ashby säger att de flesta av Islands andra energiproduktion kommer från vattenkraft, som är av samma typ som USA och stater som Washington generera, använda och export. Vattenkraft står för 72% av Islands totala elproduktion, så det är möjligt att sälja vissa mindre — vilket innebär att de har hittat ett sätt att stänga av grön energi till en livskraftig och lönsam industri.
Island har verkligen bara om fyra branscher: fiske, valla, energi och turism. Ashby påpekar att, med en befolkning på 333,000 och ett begränsat utrymme för utveckling, “de har haft att bli bäst på alla dessa saker.”
I detaljhandeln sammanhang, detta innebär att saker och ting faktiskt kostar vad de kostar. “Island är dyrt”, säger Ashby. “Dessa älskling handgjorda lammull tröjor? $250.00. Skål av fisk gryta? $40.00. Pint öl? $14.00. Skott av lokala gin? $7.00. Och bensin? Bensin kostar vad bensin kostar i en värld beroende av olja, Islänningar avgift kokain priser för bensin.”
Ashby sa att det enda billiga Kinesiska import — den typ som kostar en absurd mängd kol i frakt-och kol — är “töntiga turist prydnadssaker,” och även de är få och långt mellan. “Saker och ting är gjorda lokalt, av vita människor som lever i relativ förmån — och inte, säg, sweatshop arbetare i Bangladesh — så priset återspeglar en lön att leva på,” Ashby sagt. “Och människor betala för det. Eftersom det i en hållbar ekonomi, du betalar folk vad de är värda, och tillräckligt för att höja deras familjer.”
Själv-Att Fördela Resurser,
En annan trend verkliga exempel är vad som science fiction-författare och futuristiska Karl Schroeder samtal själv-att fördela resurser, en utveckling som kommer att göras starkare genom att konvergensen av Internet of Things och blockchain teknik som Ethereum.
Bixi Cykel Aktie i Toronto: Mer av detta innebär att mindre koldioxid i atmosfären (Credit: Gary J. Wood/ CC BY-SA 2.0)
Schroeder poäng till Uber som ett exempel. Även om vi gillar att tänka på Uber som ett företag, han säger att det är mer som en mellanhand mellan människor och en outnyttjad resurs: bilar. “Det finns ingen anledning till varför ansluten bilar och potentiella ryttare inte kan förhandla fram överenskommelser sig själva, utan mellanhänder—och detta gäller för alla våra andra resurser”, sa han till Gizmodo.
Ett annat exempel är det lilla hushållet borr — ett verktyg som, i genomsnitt, kommer endast att användas för några minuter under hela dess livslängd. Schröder anser att “tools co-ops” är ett möjligt svar på denna svåra resurs under användning, men även det är inte sannolikt att pågå.
“Tänk på en ansluten borra”, sade Schröder. “Om det är liggande, under-som används, det kan annonsera sina tjänster till betrodda närheten kamrater — med ägarens tillstånd — och med drone leverans får i sig i händerna på den som behöver det inom några minuter. Resultatet? Vi behöver färre övningar för att få samma mängd av saker gjort.”
Kraften av detta synsätt blir inte klart förrän vi börjar med en lista på alla uppsägningar i vår miljö. Vid samma tid, han föreslår inte att vi ska anta en super-gemensam strategi, eller ge upp äganderätten av våra saker. Som han uttryckte det, “att Dela är inte lämna ifrån sig.”
I framtiden tror han att vi inte behöver så många saker, “men vi skulle få samma effekt som om vi gjorde det, och våra arrangemang för delning skulle vara privat, peer-to-peer, och helt frivilligt — och långt mindre koldioxidutsläpp.”
Jakten på Energi med Låga Koldioxidutsläpp
Att dela resurser och leva på ett hållbart sätt är alla fina och väl, men om en låg-kol-tech-världen är på väg att uppnås, kommer vi att ha för att hitta ett bättre sätt att få energi.
“El, idag, är en överväldigande majoritet som skapas av fossila bränslen”, säger Ramez Naam “Det kommer att förändras, om vi har något hopp om att slå klimatförändringar.”
600 MW Fântânele-Cogealac vindkraftspark i Rumänien (Credit: Sandri Alexandra/CC BY-SA 2.0)
Enligt Naam, vi har fyra livskraftig grundläggande teknik framåt: sol, vind, lagring av energi och kärnkraft. “Solar just passerat den punkt där det ger 1% av världens el,” sade han. “Lagring är ca 20 år bakom solar. Men de har fördelen att de är att dyka ned i pris snabbt och tar sig på distribution.
Vinden redan kostar mindre än naturgas i de flesta länder (när det blåser) och är fortfarande sjunker i pris. Sol är dyrare, men är nedmatning i priset ännu snabbare, och så småningom kommer det att kosta en halv till en tredjedel av vad fossilt bränsle el inte. Nyckeln till att få dem båda över mållinjen är energilagring. Med billiga lagring, vi kan lagra energi från sol och vind, för när det är mörkt eller vinden inte blåser. Och priset på energi lagring sjunker snabbt också.
Som för kärnkraft, Naam säger att det ger ett säkert, 24/7, koldioxidfri el, men det är i trubbel. “Delvis det beror på rädslan har lett till att stänga några reaktorer, och eftersom vår politik inte driva kärnkraft som en icke-kol-alternativ”, sade han. “Men det är också på grund av att kärnkraftsindustrin är att se priserna stiga istället för att sjunka. De har inte funnit något sätt att förnya sig på att sänka priserna. Så vi hoppas att de kommer att få sina agera tillsammans, kanske genom framtida små modulära reaktorer som kan byggas på löpande band. Men just nu är framtiden ser inte så ljus ut för kärnkraft.”
Den andra frågan när det gäller energi är hur det kommer till uttryck i större ekonomi, och hur enskilda företag och husägare kommer att anpassa sig till förändrade tekniska landskapet.
Energi-oberoende, med låga koldioxidutsläpp. (credit: Grå Watson/CC-BY-SA 3.0)
Enligt Patrick Hanna, en konsult med Enshift Makt och IGES Canada Ltd., den närmaste tiden kommer fokus att ligga på effektivitet, eftersom det är den i särklass mest kostnadseffektiva strategi att genomföra. “På det sättet, som vi övergången till mikro – eller community-baserade metoder för generering och lagring av energi, vi kommer att ha vidtagit de åtgärder som krävs för att styra bortkastade resurser,” förklarade han att Gizmodo.
Om vi går den vägen med massiva, centraliserade anläggningar, eller flytta till en off-grid-energi-modellen, som är en öppen fråga. “Spännande del för mig om framtiden för förnybar energi är om vi bibehåller vår storskaliga projekt och förlita sig på nuvarande nätinfrastruktur, eller tar vi microgrid strategi”, sa Hanna. “På den sista punkten, detta kan betyda antingen community sol, dvs samhällen att generera och lagra sin egen makt och inte distribuera till nätet, eller komplett själv generering och lagring.”
Hanna sa att detta kommer att beslutas inom industrin, regeringar och konsumenter fajtas för energi överhöghet. Ja, det finns mycket pengar att göras — och förlorat — oavsett i vilken riktning de tas. Vad mer, det är också möjligt att solenergi kommer att bli sina egna verktyg, eller de kan gå så långt som att partnern sig med lokala samhällen. Men som Hanna medger, det kommer att finnas massor av motstånd från energileverantörerna.
Framtiden är (Bokstavligen) Ljus
Naam och Hanna både stress som solar kommer att spela en stor roll som vi övergången till en ekonomi med låga koldioxidutsläpp. Det är en trend som är på god väg, vilket framgår av flera gigantiska insatser runt om i världen. Dessa anläggningar starkt tips på vad framtidens energi kommer att se ut.
Solar gårdar som ligger i utkanten av Dunhuang i nordvästra Kinas Gansu-Provinsen (Bild: NASA Earth Observatory bild av Jesse Allen, med hjälp av EO-1 ALI data som tillhandahålls artighet av NASA EO-1 lag).
Ta Kinas första stora kraftstation, som är under uppbyggnad i gobiöknen. Solenergi gården, som sträcker för miles och kan ses från rymden, är för närvarande tre gånger större än den var för bara tre år sedan. NASA förklarar vad det innebär i form av extra effekt:
Enligt China Daily, Gansu-Provinsen, en total installerad solkraft 2014 nått 5.2 gigawatt. Ren Technica rapporterade att Kinas Nationella Energi-Förvaltning (NEA) hade som mål att öka provinsens kapaciteten med ytterligare 0,5 gigawatt 2015.
Över hela landet, den totala installerade kapaciteten i 2014 var 28.05 gigawatt, enligt PV-Tidningen. För att, mer än 10 gigawatt var nyligen tillagda kapacitet 2014, vilket ledde till en 200-procentig ökning i kilowattimmar el som produceras via solceller under året innan.
Kina har lagt mer än 5 gigawatt av ny kapacitet i det första kvartalet 2015 ensam. Det är en del av landets större plan för övergången från kol, och gå mot mer förnybar, hållbar energi.
Liknande saker händer i Usa, inklusive de 9 miljoner panel, 9.5 square mile, 500-plus megawatt Topas Anläggningen, och den massiva 579-megawatt Solar Star-projektet. Växter som dessa kommer att utnyttjas i framtiden att fungera som avsaltningsanläggningar för att producera kopiösa mängder av drickbart vatten.
Topas Anläggning (Credit: Centrum för markanvändning Tolkning)
Ser framåt till mitten av 21-talet, det är också möjligt att vi kommer att utvinna solenergi direkt i rymden. Utsikterna för rymdbaserade solar har funnits sedan 1960-talet, och vissa experter tror att det har potential att lösa alla våra energibehov.
Rymdbaserade sol begreppet bild (Credit: John C. Mankins/NASA)
Japan, med dess föreslagna SBSP System, är ledande. Dess rymdorganisationen JAXA, hoppas att få en fullt fungerande system upp till år 2030. När systemet skulle fungera i en fast omloppsbana kring 22,400 km ovanför ekvatorn där det kommer att absorbera solljus. Det skulle sedan sända energi till Jorden med hjälp av laserstrålar på ca 42% sol-och-laser energieffektivitet. Varje energi-utvinning satellit kommer att balkens energi till en 1,8 meter brett mottagande stationen kan producera en hel gigawatt el, tillräckligt för att driva en halv miljon bostäder.
Tänker Stort Genom Att Gå Små
Inte alla håller med om att framtiden är sol. Nanoteknik expert J. Storrs Hall är skeptisk till att vind eller sol gårdar någonsin kommer att producera en betydande andel av den energi som vi behöver, och hävdade att de både kör mot den historiska utvecklingen, som är att minska, inte öka, fotavtryck av produktionen.
Snarare pekar han på nanoteknik, som han beskriver som “förlängning av biotech med andra medel.”
“Det kommer mycket sannolikt att ge oss bänkskiva, om inte handhållna, syntar som kommer att ersätta en stor del av den centraliserade fabrik tillverkning och transport system vi har nu,” Hall sagt Gizmodo. Han talar i stort sett om molekylär sammansättning, eller “dem” — ett omtalade tekniska heliga graal som kommer att vara besläktad med att Star Trek kan bli förebilder.
Konstnärligt intryck av en stationär molekylär assembler. (Credit: CRNano)
“Detta kommer att bli på samma sätt som datorer ersättas centraliserad dator-center stordatorer under de senaste decennierna”, sade Hall. “Den enda att bry dig om är att personliga syntar kommer att ta för mycket koldioxid i luften.”
Hall säger att, med nanoteknik, vi kommer att kunna nå ett helt koldioxidneutralt bränsle system. Vi kan till exempel kunna hantera ammoniak som bränsle, jämfört med en inte-så-lätt att använda vätgas. En nano-fuel cell, en gång uppnått, skulle producera vattenånga och kväve. Denna utveckling skulle göra mycket för att minska CO2-utsläppen från transporter, som står för cirka 14% av alla växthusgasutsläpp.
Nanotekniska av sig själv kommer att vara tillräckligt för att göra det mesta av denna omvandling, enligt Hall, men i slutändan är den gyllene standarden för koldioxidfri energi är kärnkraft.
“För att få ett grepp om varför det är så, måste du komma ihåg att det är en miljon gånger den energi som i kärnbränsle än i kemiska dem,” sade han. “En miljon gånger mindre råvaruutvinning, en miljon gånger mindre bearbetning och transport, en miljon gånger mindre aska. För samma energi som produceras, en reaktor använder mindre bränsle än en väderkvarn, använder upp smörjolja — så som är mer “hållbara”?”
Hall sade att vår kärnkraft är fortfarande mycket i sin linda, som han jämför med vakuum-rör datorer.
“Tillämpa nanoteknik till olika tekniska utmaningar, och du får ett oerhört rent, extremt billig energi bas,” sade han. “Lägg den produktiva förmåga för nano-och du får en revolution i varje fysisk ekonomiska sektorn jämförbar med den vi har sett i informationsteknik. Och det innebär att personlig syntar, flygande bilar, kommersiella lokaler, resor och personlig odödlighet. Om vi vill ha dem.”
Vi måste ändra vårt Sätt att Odla Mat
Bortsett från el-och värmeproduktion (vid 25% av alla globala utsläpp av växthusgaser), jordbruket står för den största biten av kakan på 24%.
I ord Ramez Naam, “som Producerar mat att äta är den mest destruktiva miljö verksamhet människor engagerar sig i,” en aktivitet som faktiskt dvärgar klimatförändringar i form av skador på dess orsakar på vår planet. Enligt Naam, 85% av avskogning drivs av jordbruk, och att havet överfiske har lett till en kollaps av nästan alla fiskarter som vi äter, förstör korallreven och de livsmiljöer som de tillhandahåller.
Unga vete (Credit: Akshay Paramatmuni/CC-BY-SA 3.0)
Den enda vägen framåt är genom intensifiering av jordbruket. “Detta innebär att mer mat på samma eller mindre mängd mark,” sade Naam. “Vi kan göra det.” Men för att komma dit, vi ska ha för att genetiskt förbättra våra grödor.
“Rätt genetik kan tillåta grödor för att bli av med dramatiskt säkrare bekämpningsmedel (eller ingen alls), att använda vatten mer effektivt, för att befrukta sig själva från kväve i atmosfären, för att använda mycket effektivare fotosyntes till att göra mer av det solljus som träffar dem till föda, och mer,” sade han. “Det är en stor sak i varje land, men det är ännu mer av en stor sak i utvecklingsländerna, där avkastningen per hektar är betydligt lägre, eftersom de inte har traktorer, eller syntetiska gödningsmedel, eller bevattningssystem. Det är därför jag tror att Gmo frågan enormt, särskilt för de fattigaste delarna av världen.”
AeroFarms just nu bygger världens största vertikala gård i Newark, NJ. (Credit: AeroFarms)
En annan potentiell lösning kommer i form av kontrollerad miljö jordbruk (CEA), och tillhörande praxis för vertikal odling. Det är inte perfekt, men det är redo att ta itu med många av de problem som är kopplade till konventionella jordbruksmetoder. Som IGES Canada Ltd. President Michel Alarcon förklarade att io9 tidigare i år, CEA har ett antal inneboende fördelar:
Jämfört med konventionella gårdar (och beroende på den exakta konfigurationen och teknik som används), de är cirka 100 gånger mer effektiv när det gäller deras användning av utrymme, 70-90% mindre beroende av vatten, med en lägre CO2-avtryck. Livsmedel som odlas utan användning av bekämpningsmedel, de är näringsrika, och fria från kemiska föroreningar. Och eftersom de kan byggas nästan var som helst, det gemensamma europeiska asylsystemet kan tjäna samhällen där vissa livsmedel som normalt inte ökat.
Patrick Hanna, som arbetar med Alarcon, tänker att någon gång kommer vi behöver bättre kontakt med livsmedel, vilket sannolikt innebär en övergång till ett mer småskaligt jordbruk applikationer, och inom grupper som arbetar tillsammans för att främja lokala produkter och djur initiativ. “Förhoppningsvis kommer det inte gå den här vägen, där människor arbetar tillsammans för att hjälpa till att mata varandra till nytta för samhället och planeten”, sade han. “Jag anser att detta kommer att säkerställa att vi inte har tillgång till hälsosam mat för givet.”
Hanna föreställer sig en framtid med låga koldioxidutsläpp i genomsnitt människor lever i en high-tech, men ändå fullt fungerande bostäder system — en där grönsaker odlas i hemmet i en helt automatiserad smarta system. Växter kan odlas och skördas i omgångar, gör det möjligt för nyskördade frukter och grönsaker varje dag. Varje hus skulle vara som det egna mini ekosystem.
Shenzhen Asiatiska Cairn Farmscraper Projektet (Credit: Vincent Callebaut Arkitekter)
“Hem kommer att vara helt självförsörjande och har metoder för att behandla och återanvända vatten som det igenom huset, från duschar, handfat, toaletter och anläggningar kommer det att vara helt cyklade och återanvändas vilket möjliggör minimalt spill,” säger Hanna. “Kroppen av huset kommer att fånga grå vatten för att införliva i det här systemet.”
På en större skala, Hanna förutspår att varje samhälle kommer att ha möjlighet att antingen växa träd baserat frukter och eller betesmark djur för att handla med lokala samhällen, på liknande sätt som man gjort i det förflutna. Men han medger att merparten av arbetet skulle vara fullständigt automatiserad eller kontrolleras av en form av artificiell intelligens.
“Med grå vatten fånga och smart mat systems incorporated med lokal energiproduktion människor kan återigen vara ansvarig för sina egna mat-och energiproduktion,” sade han. “Det är som en helautomatisk, smart system som tar oss in i framtiden och samtidigt också en hyllning till det sätt som vi använde för att göra det i det förflutna.”
Att Göra Kött
En annan stor förändring, enligt Naam, kommer att flytta till vattenbruk, eller fiskodling. Men när det kommer till vårt omättliga begär efter kött, den största förändringen kommer att komma till boskap. “Äta djur är super ineffektiva”, sade Naam, men konsumtionen fortsätter att stiga runt om i världen.” Det innebär att vi kommer att behöva växa mer foder på samma mark, om vi mata djuren vi äter.
“Jag ser ingen fungerande sätt att gå runt det när som helst snart,” sade han. “Vi har för att öka avkastningen per hektar, till stor del eftersom dessa grödor kommer att bli allt mer förvandlas till kött.”
För lösningen, Naam återigen poäng till genetik. “Vi vet att vissa andra däggdjur producerar betydligt mindre metan än kor och grisar,” sade han. “Nämligen: wallabies, som har symbiotiska tarm bakterier som förbrukar metan. Oavsett om det är genom införandet av rätt bakteriefloran i mage och tarm, eller direkt ändring av gener av kor och grisar, jag tror att vi kommer att behöva införa något sånt här i vårt djur — ett sätt att förbruka metan i stället för att släppa det.”
En annan möjlighet är lab-odlat kött. Även om det kan låta lite avskräckande, utsikterna odlade köttet är mycket verklig, och flera allvarliga ventures är för närvarande tittar på det. Detta skulle inte bara eliminera massa hjordar av boskap, det skulle vara oändligt mycket mer etiska.
Utmaningen kommer att vara att sänka kostnaden (det kostar för närvarande ca $330,000 att göra en enda hamburgare bulle) och hitta sätt att massproducera det ett effektivt och hållbart sätt. Åh, och vi kommer att behöva för att göra det goda.
Hoppas Förtvivlan Över
Detta är bara ett litet urval av vad vi kan förvänta oss under de kommande decennierna.
Att sätta alla ihop: Smart byggnader och städer, år 2040 (Credit: Sandia National Laboratories)
Vi kan också förvänta oss olika geoengineering och kolupptagning insatser för att motverka effekterna av den globala uppvärmningen. Och kanske våra politiker och ledare av industri kommer att slutligen knyta avtal som faktiskt gör skillnad, som ett effektivt och verkställbar cap-and-trade-system.
Sammantaget kommer dessa märkliga visioner om framtiden visar att vi behöver inte falla i förtvivlan.
E-post författaren på george@gizmodo.com och följ honom på @dvorsky. Översta bilden av iurii/shutterstock