比尔盖茨:“美好的未来,值得我们为之奋斗”

科学
比尔盖茨:“美好的未来,值得我们为之奋斗”
麻省理工科技评论 2019-12-20

2019-12-20

可持续的未来,其实需要我们有改变既有生活方式的实际行动
科学 环境污染
可持续的未来,其实需要我们有改变既有生活方式的实际行动

自 2001 年起,《麻省理工科技评论》每年都会评选出当年的“十大突破性技术”,2019 年是《麻省理工科技评论》创刊 120 周年,比尔·盖茨先生作为客座评选人,全程参与了评选工作。

比尔盖茨:“美好的未来,值得我们为之奋斗”

他在序中这样写到,“实验室人造肉类是我今年选出的十大突破性技术之一。下一代蛋白质不是为了让肉更多,而是为了让肉更好。它让我们在不助长森林砍伐或甲烷排放的前提下,更好地供给这个人口不断增长、生活水平不断提升的世界,让我们不用杀害任何动物就能享用汉堡。“

正如比尔盖茨的洞见,在人口不断增长、物质生活水平不断增加的世界,我们有责任,也有义务用科技的力量,找到那些与大自然赠予的一切,更好相处下去的办法。这一使命正在被越来越多的青年科学家践行。

在《麻省理工科技评论》中国区“35岁以下创新35人”榜单中,我们捕捉到了许多为美好未来而奋斗的青年科学家们,他们的研究与贡献,打开了可持续世界的一扇扇窗。

从新型材料到可再生能源研究,从水资源可持续管理到有效减少噪音污染,或许这些青年科学家创新突破的介绍会稍显“晦涩”,普通大众很难清晰地感知到这些科技突破背后的意义。

我们将以2017年《麻省理工科技评论》35岁以下科技创新35人-人文关怀者获奖者王旭博士近日在梅赛德斯-奔驰EQ派活动中的科普分享——离我们日常生活最近的水资源管理,来进一步理解他们的研究为人类可持续美好的做出的积极意义。

正如王旭在分享结尾呼吁的一样:可持续的未来,其实需要我们有改变既有生活方式的实际行动。

王旭当天的分享主题是“人类生活习惯改变与环境可持续发展的协同关系,水-能耦合的新视角”。分享的一开始,他从全球正面临的人口压力资源紧缺,尤其是水资源安全的严峻形势展开。

地球上的水资源中只有2.5%是淡水资源,其中又有70%被封存在冰川河永久积雪中,只有30%可以被人类直接使用。在水资源如此紧缺的情况下,还有一组触目惊心的数字:人类每天就有200万吨排泄物排入自然水体中,更不用说工业和其它生活污水的排放;1/4的全球居民不能获得安全的水资源;全球每20秒钟就会有一位小朋友因为恶劣的卫生状况去世;在发展中国家,80%的疾病威胁与水有关,而多达50%的水资源耗散是由管网漏损导致。

人口增长与经济发展所产生的资源消耗以及污染排放,对环境和人类自身的健康都造成了极大威胁和发展矛盾。但以水为例,城市用水与工业用水的污水中,就蕴藏着巨大的能量回收潜力,我们甚至可以从“挑战”本身找到解决挑战的方法。

比尔盖茨:“美好的未来,值得我们为之奋斗”

图 | 污水中蕴含的水资源量、营养盐和能量回收潜力(来源:Larsen et al., Science,2016)

如何更直观地理解污水中蕴藏的巨大潜力?可以通过几个通俗易懂的例子来理解。

假设1人/天的能量消耗=2000卡路里=1个电灯泡的电能=100W=1个单位(1U),那么预估1加仑汽油可以行驶18英里,即18MPG=14U;人类每天获取的2000卡路里的能量一般会有10%被排出体外也就是10W。以上海这样有2500万人口的城市为例,如果我们可以通过技术将全市马桶污水中的能量都有效转化,那么就相当于580万块太阳能板的发电量,也相当于19万户家庭全天供能,或供120万台电车各跑18英里的能量。

虽然,我们还不能实现污水的完全转化,但从污水或废气中回收有价值的物质,科学家们正在通过化学、物理、工程或者经济学上的方法进行实践。

比尔盖茨:“美好的未来,值得我们为之奋斗”

图 | 王旭博士(来源:梅赛德斯-奔驰EQ)

在2018年Science Advances的一篇研究文章中,王旭博士提出了一个名为“REPURE”的污水处理系统新范式。论文中通过整合水质特征、系统效能、物质迁移、能量收支与生态环境影响等多层数据流,开发出了动态模拟(DPM)、物质流分析(SFA)与生命周期评估(LCA)为一体的可视化方法学,为污水资源化新体系从概念发展到工艺设计与优化提供了数据驱动的研究新方法。

“该系统以资源循环利用为导向,兼具水质再生、能源自给自足、资源回收与低碳环保等特点,并引入土壤生态系统服务的概念协同转化衍生污染物。整个系统的设计采用了前沿的可持续科学理论为指导,重组了微生物合成代谢过程中的能量和物质传输模式,让污水中的有机物、氮和磷等有用的物质以生物合成或者沉淀析出的形式得到转化或者再生,最大化地提高污染物的资源转化效率。”王旭博士介绍。

REPURE污水处理系统革新了污水处理及资源管理的概念,让污水处理发挥了更大的作用,同时引入了生态系统服务的概念,利用土壤生态系统发挥碳捕获与生物固肥的作用,提高污染物资源转化与末端利用效率。王旭博士告诉 DT 君,“在未来,基于 REPURE理念的下一代污水处理设施,将不再是一个纯粹的水厂,它还将身兼再生能源制备、肥料生产与生物精炼等功能,对此我们非常期待。可以说,这项研究工作让我们对于满足人类繁荣发展且维持生态系统健康这个巨大难题有了新的破解思路和方法”。

污水中蕴含的能量,其实只是生活中可回收能源的一部分,还有许多生活中的其它例子超出我们的想象:

比尔盖茨:“美好的未来,值得我们为之奋斗”

啤酒是人类最古老的酒精饮料,也是消耗量排名仅次于水和茶之后的世界第三大饮料。除了麦芽﹑酒花,啤酒酿制过程中使用最多的主原料就是水。但你能想象用污水酿造啤酒的场景吗?上图中的啤酒就是瑞典环境科学研究所联合新卡内基啤酒厂和嘉士伯瑞典共同推出了瑞典有史以来第一款由再生水酿造的啤酒——PU:REST “最纯净”牌啤酒。据说新加坡的超市里已经在售卖再生水饮料。

另外一个例子是人造肉。目前,人造肉分为两种方法,第一种是用动物身上的干细胞进行培育,另外一种方法,是通过富有大豆蛋白的植物材料来制作人造肉。很多人不知道其实还有第三种方法。众所周知,人类的排泄物中也富含丰富的蛋白质,因此有日本科学家排泄物中的蛋白质提取出来,制成人造“牛排”,并使用色素将它染成肉类的红色。这种“肉”的蛋白质含量高达63%,另外还有25%的碳水化合物,3%的脂类,以及9%的矿物质。研究组称,初步测试显示,参与调查的公众反映这种“人造肉”尝起来味道不错,有点像牛肉。

尽管这些案例听起来让人感觉“怪异”,但如果我们不重视节约资源与回收利用,当地球资源耗尽的那一天,这些“Plan B”将有可能成为我们唯一的选择。

“人类发展不是寻求无止境的经济增长,而是地球极限容量内的福祉最大化,其中人类生活习惯的改变是关键。”王旭用这样一句话,总结的当天的分享。

不谋而合的是,比尔盖茨在“十大突破性技术”的序中,也写下了这样的话,“展望一下 20 年后的技术榜单,我希望上榜的几乎都是以提升人类福祉为目标的技术。未来的聪明人会关注更加形而上学的问题,比如说:人类的幸福感如何提升?人与人之间有意义的连接如何建立?怎样才能帮助每个人都过上充实的生活?”

值得一提的是,与王旭博士的分享为同一系列,梅赛德斯-奔驰电动科技品牌EQ在北京、上海分别举办了三场科技沙龙活动,在倡导科技可持续生活方式的概念下,先后邀请了《麻省理工科技评论》中国区“35岁以下创新35人”2019届先锋者邓磊、2017届先锋者王星泽展开了科技未来生活方式的分享。未来,梅赛德斯-奔驰EQ派还将为愿意践行可持续发展生活方式、对科技创新充满兴趣的人群举办更多社区活动。

比尔盖茨:“美好的未来,值得我们为之奋斗”

比尔盖茨:“美好的未来,值得我们为之奋斗”

图 | 梅赛德斯-奔驰EQ派活动现场(来源:梅赛德斯-奔驰EQ)

正如比尔盖茨所说,“聪明人会关注更加形而上学的问题”,聪明的人亦会更加关心那些与美好未来、全人类福祉、自然可持续的世界等,看似遥远却关系到每个人的生存问题,就像哲学的终极思考:“我们从哪来,我们终将到哪里去。”

在全球科技领域举足轻重的两份榜单,预测技术的崛起与人才的成长,也仔细甄别那些能为人类福祉带来卓越贡献的科技力量。让更多的人认识、理解、支持这些成果,进而得以聚集更多的能量,让这个世界的未来更加美好,也是这两份榜单的初衷。

当然,如果我们不能像这些科技先锋一样,作出颠覆既有认知的技术突破,或许改变和接受可持续的生活方式,就是我们每一个普通人都可以为人类未来作出的贡献。

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