54k
The best of TECHNOLOGY 2022
Twórcy filmów science fiction sprzed kilkudziesięciu lat wielokrotnie przedstawiali technologię jako zjawisko, które może przeciwstawić się człowiekowi. ‘2001: Odyseja kosmiczna’ Stanleya Kubricka, ‘Terminator’ Jamesa Camerona czy ‘Matrix’ sióstr Wachowskich bezpośrednio przedstawiały sztuczną inteligencję i maszyny jako wrogie siły, które zbuntowały się przeciwko swoim twórcom. Jednocześnie dzieła te napędzały uczonych do realizowania wizji przedstawianych w fikcyjnym świecie.
Całe szczęście dożyliśmy już czasów przedstawionych we wspomnianych filmach i jak na razie jeszcze nie żyjemy w symulacji (chyba), złowrogie humanoidalne roboty nie chcą odstrzelić nam głowy, a sztuczną inteligencję mamy pod kontrolą. Napawa to optymizmem, ponieważ obecne technologie ułatwiają nam funkcjonowanie na wiele sposobów. Ostatnie dwa lata, które upłynęły pod znakiem faktycznej katastrofy wywołanej pandemią, pokazały, że technologia aktualnie nam sprzyja i to w wielu dziedzinach, a ten rok może być dla niej przełomowy.
Przyglądamy się tym zmianom ze sporą fascynacją i wytypowaliśmy kilka rozwiązań technologicznych, które będą trendami w 2022 roku.
Fuzja jądrowa to potencjalne źródło praktycznie nieograniczonej czystej energii.
Reaktory fuzyjne
Do przeprowadzenia fuzji jądrowej potrzebne jest specjalistyczne urządzenie zwane tokamakiem. Największy z nich – Joint European Torus (JET) – znajduje się w pobliżu Oxfordu w Wielkiej Brytanii.
Naukowcy z brytyjskiego laboratorium, w którym prowadzone są prace z użyciem JET, ogłosili 9 lutego wielki przełom w badaniach nad energią termojądrową. Przy pomocy urządzenia wygenerowali najwyższą w historii ilość energii z fuzji atomów. Fizykom w ciągu pięciu sekund udało się uzyskać 59 megadżuli energii, co odpowiada mniej więcej 14 kg trotylu. Tym samym ponad dwukrotnie przekroczono poprzedni rekord 21,7 megadżuli, który został ustanowiony w 1997 roku.
– Te przełomowe wyniki przybliżyły nas o ogromny krok do pokonania jednego z największych wyzwań naukowych i inżynieryjnych – powiedział Ian Chapman, dyrektor Culham Centre for Fusion Energy (CCFE), w którym znajduje się JET.
Proces przeprowadzania kontrolowanej reakcji termojądrowej jest dość skomplikowany. Dzięki potężnym elektromagnesom tworzony jest pierścień plazmy. Główna komora, która ma kształt torusa lub donuta, jest wypełniana izotopami deuteru i trytu, które pod wpływem ciepła i ciśnienia łączą się ze sobą, tworząc hel. Zmienne pole magnetyczne indukuje prąd elektryczny w pierścieniu gazu, po czym następują silne wyładowania. W końcu dochodzi do powstania plazmy.
Cały proces jest analogiczny do tego, który napędza takie gwiazdy jak nasze Słońce.
Reakcja przeprowadzona przez fizyków trwała rekordowe pięć sekund, jednak jej wywołanie i tak pochłonęło więcej energii, niż wygenerował reaktor. Nie oznacza to jednak, że nie był to ważny krok w kierunku okiełznania fuzji jądrowej. Wyniki eksperymentu JET sugerują, że kolejny projekt reaktora termojądrowego ITER powinien być w stanie osiągnąć ten cel. Testy tokamaka o wartości 22 mld dolarów, wykorzystującego tę samą technologię i mieszankę paliw, zaplanowano na 2025 rok.
Google, które jeszcze przed dekadą było kojarzone głównie z wyszukiwarką, dziś jest prawdziwym gigantem technologicznym. Nie ma więc co się dziwić, że firma również inwestuje w energię termojądrową. W przypadku eksperymentu JET fuzja była kontrolowana przez fizyków. Należąca do Google brytyjska firma DeepMind zamierza ich w tym wyręczyć.
Naukowcom z DeepMind we współpracy ze Swiss Plasma Center udało się opracować algorytm oparty na sztucznej inteligencji, który sam ma kontrolować proces przeprowadzania fuzji termojądrowej wymagający stałego monitorowania pola magnetycznego. Fizycy przetestowali go w symulacji komputerowej, a ich prace zostały opisane w czasopiśmie naukowym 'Nature’.
Sztuczna inteligencja z powodzeniem kontrolowała wirtualną plazmę, dlatego fizycy oddali jej pod kontrolę również rzeczywisty tokamak TCV znajdujący się w Lozannie w Szwajcarii. Algorytmy z sukcesem monitorowały plazmę przez dwie sekundy, dokonując 90 różnych pomiarów 10 tys. razy na sekundę. Po udanym eksperymencie naukowcy stwierdzili, że ich nowa koleżanka po dodatkowych ulepszeniach może znacząco przyczynić się do rozwoju nieograniczonego źródła energii.
To najlepsze urządzenie z całej rodziny Galaxy.
The Best of 2022: Samsung Galaxy S22 Ultra
Samsung Galaxy S22 Ultra łączy to, co najlepsze we flagowych urządzeniach Galaxy – niezrównaną moc serii Note oraz profesjonalnej klasy aparat i wydajność znaną z serii Galaxy S – wyznaczając tym samym nowy standard smartfonów premium. Wbudowany rysik S Pen, zaawansowane funkcje rejestrowania zdjęć i wideo nocą oraz działająca ponad dobę bateria czynią z Galaxy S22 Ultra najpotężniejszy smartfon Ultra zaprojektowany jak dotąd przez Samsung.
Aparat w Galaxy S22 Ultra jest nie tylko najpotężniejszy w historii smartfonów Samsung, ale i najbardziej inteligentny. Umożliwia rejestrowanie znakomitych zdjęć i wideo niezależnie od warunków oświetlenia. Wyposażono go w największą matrycę opracowaną dotychczas przez firmę, która dzięki technologii nona binning tworzy piksel o wielkości 2,4 um. Pozwala to matrycy przechwycić więcej światła i danych, optymalizując doświetlenie i szczegółowość zdjęć i nagrywanych filmów.
Za pracę aparatu i niespotykaną dotąd wydajność odpowiada najnowszy procesor Exynos 2200 w architekturze 4 nm, a bateria z opcją szybkiego ładowania gwarantuje ponad 24 godziny działania. Galaxy S22 Ultra obsługuje też superszybkie ładowanie 45 W, dzięki któremu po zaledwie 10-minutowym doładowaniu można nagrać ponad 50 minut materiału wideo.
Jednak tym, co sprawia, że nowy model jest jeszcze bardziej wyjątkowy, jest chowany w obudowie rysik S Pen. To najszybszy i najbardziej responsywny rysik S Pen zaprojektowany przez Samsung. Opóźnienie rysika zostało zmniejszone z 9 milisekund do 2,8 milisekund, a za sprawą zredukowanej o 70 proc. latencji umożliwia on jeszcze bardziej naturalne pisanie i rysowanie. Dodatkowo posiada certyfikat biometryczny, który pozwala traktować go jako narzędzie do podpisywania dokumentów cyfrowych.
materiał partnera serii The Best of 2022
Kometa uderzająca w Ziemię to jeden z częściej powtarzanych motywów w filmach katastroficznych.
System obrony planetarnej
Najnowszą produkcją, która podeszła do tematu nieco inaczej niż typowe sci-fi, jest ‘Nie patrz w górę’ Adama McKaya. Film daje do myślenia nie tylko w kontekście potencjalnej zagłady ludzkości spowodowanej kosmicznym obiektem, ale także samych mieszkańców Ziemi. Kto widział, ten wie, co mamy na myśli. A że nasze społeczeństwo jest coraz bardziej ‘idiokratyczne’, naukowcy z NASA dmuchają na zimne i na wszelki wypadek rozpoczęli test systemu obronnego DART, który mógłby ochronić naszą planetę przed zagrożeniem.
DART (Double Asteroid Redirection Test) to zarówno nazwa pierwszego w historii testu w dziedzinie obrony planetarnej, jak i statku kosmicznego zaprojektowanego specjalnie po to, by rozbić go o kosmiczne skały. – To celowe zderzenie statku kosmicznego ze skałą – powiedział Thomas Zurbuchen, zastępca administratora NASA w Dyrekcji Misji Naukowych podczas konferencji prasowej. – Próbujemy nauczyć się, jak odeprzeć zagrożenie.
Wspólna misja NASA i SpaceX wystartowała 24 listopada 2021 roku. Jej celem jest zniszczenie planetoidy Didymos, która składa się z dwóch ciał niebieskich o średnicy 780 i 160 metrów. Mniejsze z nich ma rozmiar bardziej typowy dla asteroid, które mogłyby stanowić najbardziej prawdopodobne zagrożenie dla Ziemi. Wspomniane obiekty w żadnym stopniu nie zagrażają planecie i minęłyby ją w tym roku. Jeśli jednak wszystko pójdzie zgodnie z planem, nie będą miały szansy przelecieć obok nas.
Według NASA do zderzenia DART z planetoidą dojdzie pod koniec września 2022 roku. Wtedy system Didymosa znajdzie się w odległości 11 mln kilometrów od Ziemi.
Statek kosmiczny DART wykorzystujący technikę impaktora kinetycznego wleci w planetoidę z prędkością około 6,6 km/s. Zostanie na nią nakierowany przy pomocy kamery pokładowej (nazwanej DRACO) i zaawansowanego autonomicznego oprogramowania nawigacyjnego. Zderzenie zmieni prędkość mniejszego obiektu na orbicie wokół głównego ciała o ułamek procenta, jednocześnie wydłużając jego okres orbitalny o kilka minut – wystarczająco dużo, aby naukowcy mogli go zaobserwować i zmierzyć za pomocą teleskopów na Ziemi.
DART to nie jedyne rozwiązanie, które ma potencjał, by obronić Ziemię przed kosmicznymi skałami. ‘Nie patrz w górę’ skłoniło dwóch badaczy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara do przyjrzenia się innym sposobom, które mogą uchronić świat przed czarnym scenariuszem. ’Pokazujemy, że ludzkość przekroczyła próg technologiczny, który ma nas uchronić przed pójściem w ślady dinozaurów’ – piszą Philip Lubin i Alex Cohen w pracy opublikowanej w archiwum przeddruków naukowych Arxiv.
Naukowcy skupili się w swoich badaniach przede wszystkim na wybuchowych penetratorach, które mają potencjał do zastosowania metody ‘Pulverize It’ (PI). Polega ona na umieszczeniu małych jądrowych ładunków wybuchowych w niebezpiecznym obiekcie przy pomocy systemów wynoszenia ciężkich ładunków Space Launch System (SLS) NASA czy Starship firmy SpaceX.
’Metoda ta nie doprowadziłaby do całkowitego unicestwienia asteroidy, ale zniszczyłaby część jej powierzchni, generując zmianę toru lotu. To pozwoliłoby uniknąć zderzenia kosmicznego obiektu z naszą planetą’ – wskazują naukowcy.
Obliczenia kwantowe mogą pomóc w rozwiązaniu rzeczywistych problemów.
Komputery kwantowe
Obliczenia kwantowe to kolejny poziom informatyki, który wykorzystuje elementy fizyki kwantowej – takie jak superpozycja, splątanie i interferencja kwantowa – do wykonywania bardzo złożonych obliczeń i symulacji, które wykraczają poza możliwości klasycznej maszyny obliczeniowej.
Możemy pomyśleć o obliczeniach kwantowych jako o superkomputerze na sterydach. Tak – jest o wiele potężniejszy i lepszy od istniejących superkomputerów.
Obliczenia kwantowe mogą pomóc w rozwiązaniu wielu problemów w rzeczywistym świecie. Firmy farmaceutyczne mogą je wykorzystać, by ułatwić sobie opracowywanie leków. Pozwalają one dokładnie przewidzieć interakcje molekuł i enzymów oraz potencjalne skutki uboczne – tym samym skracając czas potrzebny na opracowanie leku.
Otaczają nas z każdej strony, a właściwie mamy je cały czas przy sobie. Skrywają się w urządzeniach codziennego użytku – zarówno w kieszonkowych smartfonach, jak i dużo większych samochodach elektrycznych. Akumulatory i baterie mają wewnątrz niezwykle złożone mechanizmy. Na poziomie molekularnym elektrony oddziałują między sobą w skomplikowany sposób. Z pomocą obliczeń kwantowych producenci mogą symulować ich pracę wewnętrzną i opracowywać sposoby konstruowania akumulatorów o zwiększonej pojemności.
W przypadku smartfonów mogą przyspieszyć prace nad baterią, która nie padnie przed końcem dnia. Natomiast samochodom elektrycznym mogłyby zapewnić zwiększony zasięg.
Pod koniec 2021 roku firma IBM ogłosiła, że stworzyła największy na świecie nadprzewodnikowy komputer kwantowy, przewyższający rozmiarem najnowocześniejsze maszyny firmy Google i naukowców z University of Science and Technology of China. Poprzednie urządzenia wykazywały do 60 kubitów nadprzewodzących – czyli bitów na poziomie kwantowym – współpracujących ze sobą w celu rozwiązywania problemów. Nowy procesor Eagle firmy IBM ponad dwukrotnie zwiększył tę liczbę, osiągając 127 kubitów.
Bob Sutor, wiceprezes ds. strategii i ekosystemu IBM Q, twierdzi, że przekroczenie bariery 100 kubitów ma raczej psychologiczne niż fizyczne znaczenie, ale pokazuje, że technologia może się rozwijać. – W przypadku Eagle demonstrujemy, że możemy się skalować, możemy zacząć generować wystarczającą liczbę kubitów, aby znaleźć się na ścieżce prowadzącej do uzyskania mocy obliczeniowej wystarczającej do rozwiązywania interesujących problemów – wyjaśnia.
IBM ma nadzieję zademonstrować w tym roku procesor 400-kubitowy, a w kolejnym przekroczyć barierę 1000-kubitów, dzięki układowi o nazwie Condor. Firma ogłosiła również, że w uruchomi swój komputer kwantowy IBM Quantum System One w zakładzie IBM w Bromont w Kanadzie.
W styczniu 2022 roku Centrum Superkomputerowe w Jülich w Niemczech i firma D-Wave, główny dostawca systemów obliczeń kwantowych, ogłosiły uruchomienie komputera kwantowego o mocy 5000 kubitów. To pierwszy ośrodek w Europie, w którym będzie działał system najnowszej generacji kanadyjskiego producenta. Komputer kwantowy został bezpośrednio połączony z chmurą Leap – pierwszą poza Ameryką Północną usługą kwantową opartą na chmurze. Dzięki temu jego moc obliczeniowa będzie mogła być udostępniana zarówno naukowcom, jak i sektorowi prywatnemu.
W świecie ukształtowanym przez Big Tech starzenie się jest traktowane jak kod do zhakowania, a śmierć jest tylko kolejnym problemem do rozwiązania.
Odwrócenie procesu starzenia
Peter Thiel, współzałożyciel PayPala i firmy Palantir zajmującej się analizą dużych ilości danych, przeznaczył miliony na badania nad przeciwdziałaniem starzeniu się, zwłaszcza na Fundację Methuselah – organizację non-profit, której celem jest sprawienie, by 'do 2030 roku 90 lat stało się nową pięćdziesiątką’.
Thiel twierdzi, że możliwe będzie 'odwrócenie wszystkich ludzkich dolegliwości w taki sam sposób, w jaki możemy naprawić błędy w programie komputerowym’. Mówi, że 'śmierć zostanie ostatecznie zredukowana z zagadki do problemu, który można rozwiązać’.
Miliarder, który ma nadzieję dożyć 120 lat, jest jednym z bardziej odważnych zwolenników terapii przeciwstarzeniowych.
Jedna z nich szczególnie wpadła mu w oko, choć mamy nadzieję, że sam jeszcze jej nie wypróbował. Polegała na serii makabrycznych eksperymentów, w których stwierdzono, że mięśnie, mózgi i narządy starych myszy ulegały częściowemu odmłodzeniu, gdy otrzymały one krew młodego zwierzęcia. Naukowcy wciąż badają składniki krwi, które są odpowiedzialne za ten efekt, aby spowolnić rozwój demencji i innych chorób związanych z podeszłym wiekiem.
Inna metoda, która przyciągnęła uwagę Thiela i jego kolegi po fachu Jeffa Bezosa, ma na celu wypłukiwanie zużytych komórek z organizmu. Kiedy są one uszkodzone – na przykład przez toksyny lub promieniowanie – mogą przejść w tzw. stan senescencji przyspieszający starzenie. Proces ten przynosi jednak pewne korzyści. Może wyłączyć komórki z uszkodzonym DNA i zapobiec ich przekształceniu w nowotwory. Z drugiej strony starzejące się komórki sprawiają też kłopoty. Gromadzą się w naszym organizmie jak śmieci i uwalniają substancje, które zwiększają stan zapalny. To z kolei prowadzi do chorób wieku starczego.
Wszechstronny Jeff Bezos już poczynił znaczny krok w tym kierunku. Miliarder z Doliny Krzemowej wyłożył na początku roku ponad 3 mld dolarów na startup Alto Labs, by powołać zespół naukowców, którzy pomogą mu urzeczywistnić marzenie o opracowaniu technologii nieśmiertelności.
Główną misją Alto Labs jest opracowanie metody przeprogramowania biologicznego pozwalającej na odmładzanie komórek, które już zostały postarzone. W teorii komórki te mogłyby naprawiać starzejący się organizm, a nawet leczyć choroby związane z wiekiem, takie jak demencja. Tylko czas pokaże, czy to przedsięwzięcie wspierane przez miliardera rzeczywiście pomoże nam – a może raczej jemu – zachować młodość na zawsze.
Naukowcy z Uniwersytetu Chulalongkorna w Tajlandii osiągnęli już pewien sukces w wyznaczeniu kierunku drogi ku nieśmiertelności. Grupa badaczy wynalazła cząsteczki RED-GEM (REjuvenating DNA by GEnomic Stability Molecules), które mogą odwrócić proces starzenia u zwierząt laboratoryjnych. W ciągu dwóch lat mają zostać przeprowadzone próby na ludziach, a przełomowe odkrycie medyczne ma na celu leczenie różnych chorób związanych z wiekiem i przywrócenie młodości starzejącemu się społeczeństwu.
– Zdolność RED-GEMs do odwrócenia procesu starzenia jest kluczowym rozwiązaniem problemów zdrowotnych w starzejącym się społeczeństwie, a także źródłem dochodów dla Tajlandii – wskazuje prof. Apiwat Mutirangura, kierowniczka Katedry Anatomii Wydziału Medycyny Uniwersytetu Chulalongkorna.
Prof. dr Apiwat w artykule Chulalongkorn University szczegółowo omówiła doświadczenia z RED-GEM na 3 grupach myszy: 7-miesięcznych, 30-miesięcznych i 3-miesięcznych. – Naukowcy zabarwili starzejące się komórki na niebiesko. Siedmiomiesięczne myszy prawie w ogóle nie miały starzejących się komórek, podczas gdy starsze myszy (30-miesięczne) miały w wątrobie pełno starzejących się komórek. Starsze myszy, które otrzymywały RED-GEM raz w tygodniu przez 2 miesiące, miały zmniejszoną liczbę starzejących się komórek w wątrobie – powiedziała prof. dr Apiwat.
– Celem tego eksperymentu nie było zniszczenie starzejących się komórek, ale przekształcenie ich w normalnie funkcjonujące komórki. Stwierdzono również, że zdolności funkcjonowania mózgu starych myszy, którym podawano RED-GEMs, także zostały przywrócone – dodała.
Eksperymenty wykazały, że zaczęły zanikać schorzenia występujące w starzejących się komórkach, takie jak fenotypy związane ze starzeniem, trzewna tkanka tłuszczowa i zwłóknienie wątroby. Co więcej, komórki po wprowadzeniu do organizmu gryzoni RED-GEM uległy odmłodzeniu. Prof. Apiwat porównała efekt tych badań z wynikami różnych badań nad lekami przeprowadzonymi za granicą, stwierdzając, że żaden nie jest w stanie odwrócić procesu starzenia tak doskonale jak RED-GEMs.
Potężne energooszczędne akceleratory i proof-of-stake uczynią kopanie bardziej ekologicznym.
Zielone kryptowaluty
Kryptowaluty dorobił się przez lata sporego grona krytyków wśród obrońców ekologii. Wszystko przez ogromną ilość energii konsumowanej przez komputery niezbędne do ich funkcjonowania, a także spory ślad węglowy, który zostawiają.
Firma Intel zadeklarowała zamiar przyczynienia się do rozwoju technologii blockchain – stanowiącej podstawę kryptowalut – poprzez plan działania energooszczędnych akceleratorów. – Intel będzie angażować się i promować otwarty i bezpieczny ekosystem blockchain oraz pomoże rozwijać tę technologię w odpowiedzialny i zrównoważony sposób – wyjaśnia Raja M. Koduri, starszy wiceprezes i dyrektor generalny grupy ds. akcelerowanych systemów obliczeniowych i grafiki Intela.
– Zdajemy sobie sprawę, że niektóre blockchainy wymagają ogromnej mocy obliczeniowej, co niestety przekłada się na olbrzymie ilości energii. Nasi klienci domagają się skalowalnych i zrównoważonych rozwiązań, dlatego też koncentrujemy nasze wysiłki na wykorzystaniu pełnego potencjału blockchain poprzez opracowywanie najbardziej energooszczędnych technologii obliczeniowych na skalę masową – wyjaśnia Koduri.
Laboratoria Intela poświęciły dekady na badania nad niezawodną kryptografią, technikami haszowania i układami ultraniskonapięciowymi. Koduri uważa, że ich doświadczenie i opracowane innowacje w zakresie układów pozwolą na stworzenie ponad 1000-krotnie wydajniejszego akceleratora niż główne procesory używane do wydobywania kryptowalut. Co więcej, jego architektura jest zaimplementowana na niewielkim kawałku krzemu, dzięki czemu ma minimalny wpływ na dostawy obecnych produktów. Akceleratory Intela mają zostać zaprezentowane jeszcze w tym roku.
– Dążymy do tego, aby wykorzystać technologie z naszej inicjatywy dotyczącej obliczeń w skali zetta do dostarczania energooszczędnych rozwiązań, które sprawią, że nasze jutro będzie lepsze niż dziś –zapowiada Raja M. Koduri.
Według analityków blockchain Ethereum zużywa 113 terawatogodzin rocznie – tyle, ile Holandia. Pojedyncza transakcja Ethereum może zużywać tyle energii, ile przeciętne amerykańskie gospodarstwo domowe zużywa w ciągu ponad tygodnia.
W pierwszej połowie 2022 roku, w ramach przełomowego wydarzenia określanego mianem ‘The Merge’, Ethereum planuje przestawić całą sieć na mechanizm konsensusu: proof-of-stake, który – jak zapowiada – będzie zużywał 99 proc. mniej energii, umożliwi skalowanie sieci i potencjalnie pozwoli na dokonywanie 100 tys. transakcji na sekundę.
Proof-of-stake (PoS) już na samym początku miał być mechanizmem zabezpieczającym Ethereum. Jednak, jak zauważył w 2014 roku jego twórca Vitalik Buterin, opracowanie takiego systemu było 'tak nietrywialne, że niektórzy uważają to nawet za niemożliwe’. Z tego względu Ethereum zaczęło działać na podstawie wymagającego użycia energochłonnych komputerów modelu proof-of-work i rozpoczęło pracę nad algorytmem proof-of-stake.
W systemie PoS wyeliminowano ‘górników’ i zastąpiono ich ‘walidatorami’. Zamiast pompować pieniądze w energochłonne farmy komputerowe, inwestuje się w rodzime monety danego systemu. Aby zostać walidatorem i wygrywać nagrody blokowe, należy ulokować swoje tokeny w inteligentnym kontrakcie, czyli kawałku kodu komputerowego, który działa na blockchainie. Po wysłaniu kryptowaluty na adres portfela inteligentnego kontraktu ten przechowuje tę walutę, co przypomina deponowanie pieniędzy w skarbcu.
W systemie proof-of-stake, na który powoli przechodzi Ethereum, aby zostać walidatorem, trzeba wpłacić 32 ETH. Uczestnik, który nie mają takiej kwoty – a mało kto ją ma – może dołączyć do usługi stakingowej, w której wszyscy wspólnie pełnią funkcję walidatorów. Algorytm wybiera ich z puli na podstawie wysokości ulokowanych przez nich środków. Im więcej postawią, tym większa jest szansa na ‘wygraną na loterii’.
Rośliny strączkowe mają sprytny sposób na wytwarzanie własnego nawozu.
Uprawy samonawozowe
Zapewnienie żywności rosnącej liczbie ludności na całym świecie w znacznym stopniu zależy od stosowania nawozów przemysłowych zawierających azot. Każdego roku w globalnej produkcji roślinnej wykorzystuje się około 110 milionów ton nawozu azotowego. Stanowi to od 1 proc. do 2 proc. globalnej emisji dwutlenku węgla.
Naukowcy wspierani przez Organizację Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa czerpią wskazówki z naturalnego podejścia do wytwarzania nawozów azotowych. Podczas gdy podstawowe rośliny jadalne, takie jak kukurydza i inne zboża, czerpią azot nieorganiczny z gleby, rośliny strączkowe, takie jak soja i fasola, opracowały sprytny sposób wytwarzania własnego azotu.
Naukowcy mają teraz nadzieję, że uda im się zmusić inne rośliny, takie jak kukurydza i zboża, do samonawożenia.
Korzenie roślin strączkowych wchodzą w interakcję z bakteriami glebowymi, prowadząc do kolonizacji bakteryjnej korzenia i powstania symbiotycznych organów zwanych guzkami. Wewnątrz tych struktur roślina dostarcza cukry bakteriom i korzysta z ich zdolności do wiązania azotu, czyli przekształcania w amoniak. W ten sposób, dzięki symbiozie z bakteriami glebowymi, rośliny strączkowe są niezależne od nowoczesnych nawozów azotowych.
Naukowcy wykazali, że tworzenie guzków – naturalnych fabryk nawozów – wymaga ścisłej komunikacji molekularnej między bakteriami glebowymi a korzeniami roślin strączkowych. Wiedza ta stała się inspiracją dla nowych metod inżynierii wiązania azotu w roślinach innych niż strączkowe. Badacze obecnie starają się zmusić korzenie zbóż do symbiotycznej interakcji z bakteriami wiążącymi azot. W swoich eksperymentach naśladują komunikację molekularną między roślinami strączkowymi a bakteriami i sterują procesem kolonizacji korzeni roślin przez bakterie.
W alternatywnym podejściu bakterie glebowe, które naturalnie kolonizują korzenie zbóż, ale nie potrafią wiązać azotu, są uczone produkcji nitrogenazy, kluczowego enzymu przekształcającego azot z powietrza w amoniak odpowiedni dla roślin. Rządy i prywatne fundacje od niedawna silnie wspierają badania i rozwój w dziedzinie inżynierii wiązania azotu. Tak więc uprawy, które wykorzystują siłę naturalnej symbiozy, mogą wkrótce stać się kluczowym elementem bardziej zrównoważonej produkcji żywności.
W drodze do stworzenia zielonego koła wodoru i amoniaku.
Niskoemisyjna logistyka
Amoniak jest wykorzystywany do produkcji nawozów, które napędzają nawet połowę globalnej produkcji żywności, co sprawia, że ma on kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa żywnościowego na całym świecie. Synteza amoniaku jest jednak energochłonnym procesem chemicznym, który wymaga katalizatora do wiązania azotu z wodorem. W przeciwieństwie do azotu, który stanowi większość powietrza, wodór musi być wytwarzany syntetycznie i obecnie jest generowany przy użyciu paliw kopalnych. W wyniku tego procesu powstają niestety ogromne ilości dwutlenku węgla.
Zielony wodór, wytwarzany w procesie rozszczepiania wody przy użyciu energii odnawialnej, ma szansę to zmienić. Oprócz wyeliminowania emisji dwutlenku węgla podczas produkcji wodoru proces ten daje znacznie czystszy efekt. Jest wolny od substancji chemicznych znajdujących się w paliwach kopalnych, takich jak związki zawierające siarkę i arsen, które mogą 'zatruwać’ katalizator, zmniejszając w ten sposób wydajność reakcji.
Obecnie 2 proc. lub mniej flot transportu drogowego nie emituje żadnych zanieczyszczeń. Jednak dzięki transportowi masowemu – zarówno kolejowemu, jak i morskiemu – pojawiły się rozwiązania niskoemisyjne. Obejmują one rozwój alternatywnych paliw żeglugowych, takich jak zielony amoniak oraz pociąg pasażerski Coradia iLint, który nie emituje CO2.
– Wyzwaniem jest zastosowanie tych technologii na szeroką skalę – wskazuje Bernard S. Meyerson, emerytowany główny specjalista ds. innowacji w IBM raporcie 10 Emerging Technologies. – Bariery są nie tylko technologiczne, ale także polityczne, ponieważ takie programy transformacyjne wymagają znacznych inwestycji kapitałowych.
Czystszy wodór oznacza również, że można opracować lepsze katalizatory, ponieważ nie muszą one już tolerować trujących substancji chemicznych pochodzących z paliw kopalnych. W rzeczywistości takie firmy jak duńska Haldor Topsoe ogłosiły już opracowanie nowatorskich katalizatorów pochodzących w całości ze źródeł odnawialnych do produkcji ekologicznego amoniaku.
Hiszpański producent nawozów Fertiberia współpracuje z firmą energetyczną Iberdrola w celu znacznego rozszerzenia planów dotyczących zielonego amoniaku. Wspólnie zamierzają stworzyć zakład o mocy 800 MW produkujący wodór elektrolityczny z wykorzystaniem energii słonecznej. Dają sobie na to czas do 2027 roku.
Szacuje się, że inwestycja pozwoli zaoszczędzić 400 tys. ton CO2 rocznie, co odpowiada emisji około 60 tys. samochodów. Jeśli projekt zakończy się sukcesem, może wyzwolić mnóstwo nowych zastosowań zielonego amoniaku, w tym jego zdolność do ponownego rozkładu na wodór – umożliwiając powstanie zielonego koła wodoru i amoniaku.
Francuski producent transportu kolejowego – firma Alstom – twierdzi, że Coradia iLint jest pierwszym na świecie pociągiem pasażerskim napędzanym wodorowymi ogniwami paliwowymi.
– Coradia iLint to pierwszy na świecie pociąg pasażerski wyposażony w ogniwa paliwowe do przetwarzania wodoru w energię elektryczną. Jest cichy, porusza się znacznie płynniej niż jednostki spalinowe, a co najważniejsze jest w pełni bezemisyjny – emituje jedynie parę wodną i wodę. Został wyposażony w innowacyjne rozwiązania, takie jak m.in. technologia czystej konwersji energetycznej, systemy efektywnego dostarczania i magazynowania energii w bateriach oraz inteligentnego zarządzania mocą napędową i dostępną energią – wyjaśnia francuska firma, która postanowiła zaprezentować swój pierwszy pociąg wodorowy we Wrocławiu.
Grupa Alstom podpisała niedawno strategiczne porozumienie o współpracy z KUKE – instytucją wspierającą polskich eksporterów – o wartości 1 mld euro. Umowa ma na celu wsparcie Alstom, ułatwiając realizację kontraktów oraz pozyskanie finansowania dla nabywców taboru czy systemów sterowania ruchem kolejowym na całym świecie, a wszystko w ramach kwoty dostępnego limitu wynoszącego 1 miliard euro. Firma ogłosiła również, że w tym roku rozpoczęto prace nad przekształceniem sieci kolejowych za pomocą ich wysoce przepustowych i skalowalnych automatycznych układów kolejowych w Delhi, Luksemburgu, Stuttgart i Hamburgu.
Tekst: KS
