Stor ide 1: Gør fly genopladelige
Tesla. Prius. Volt. Bilindustrien er fyldt med radikale nye designs, der reducerer den miljømæssige påvirkning fra bilkørsel. Flyindustrien har i årtier gradvist forbedret brændstofeffektiviteten, men den er ved at udnytte potentialet i de nuværende designs maksimalt og vil snart være nødt til at komme med en tilsvarende transformativ nytænkning. Og det skal gå hurtigt. Flytrafikken vil eksplodere – mere end fordobles inden 2031 – efterhånden som udviklingslandene bliver mere velstående. Denne vækst kan æde op af alle andre forbedringer, som vi måtte foretage i form af renere biler eller energinet.
Der er en række måder at løse problemet på. NASA er i gang med at nytænke flydesignet ved at sponsorere iøjnefaldende koncepter som MIT’s D-serie – hvor et dobbeltcylinderhus giver mulighed for bagmonterede motorer og en samlet brændstofreduktion på omkring 50 procent. (De er også meget mere støjsvage.) Smartere navigationssystemer kan give flyselskaberne mulighed for at flyve kortere og mere direkte flyruter. Og små fly med kort rækkevidde kan med tiden blive elektriske: Det slovenske firma Pipistrel har udviklet en elektrisk firesædet flyvemaskine med dobbelt så mange kilometer som et tilsvarende fly. “Alle disse teknologier konvergerer og skaber muligheder, som man ikke kunne forestille sig for 10 år siden”, siger David Hinton, NASA’s vicedirektør for forskning i luftfart. Himlen er grænsen. -Clive Thompson
Big Idea 2: Fuel the Planet with Micromachines
Harry Gray kender sine elektroner. I 1982 opdagede Caltech-kemikeren, at elektroner “tunnelerer” – hopper over lange molekylkæder – gennem proteiner. Dette trick viser sig at være livets ånde; det er sådan, levende væsener omdanner energi til noget, de kan bruge, lige fra planter, der låser sollysets energi inde i deres celler, til stort set alle livsformer, der forbrænder brændstoffer som f.eks. glukose for at lave strøm. Det er alt sammen muliggjort af hybridmolekyler kaldet metalloproteiner, som kombinerer proteiners fleksibilitet, der kan ændre form, med metallers evne til at katalysere kemiske reaktioner.
Da Gray fandt ud af det, var han allerede interesseret i solenergi. Hvis man forsøgte at udvikle en næsten uendeligt vedvarende strømgenerator, indså han, kunne man måske forsøge at kapre et metalloprotein-drevet system som fotosyntesen. Men det ville ikke fungere. Biologisk maskineri er for skrøbeligt og ineffektivt – og skal resynteseres med få minutters mellemrum for at fungere.
Hvis man ønsker en molekylær maskine, der producerer strøm effektivt og pålideligt, siger Gray, må man bygge den selv. Han og hans kolleger forestiller sig batterier i mikroskala med metaloxider i den ene ende og silicium i den anden ende, bygget som metalloprotein-arrays i plantecellemembraner. Metaloxiderne vil absorbere blå bølgelængder af sollyset og bruge energien til at opdele havvand i ilt og protoner, og siliciumet vil absorbere rødt lys og kombinere protonerne med elektroner. Det er smart, for en proton kombineret med en elektron er faktisk brint, som kan bruges som brændstof. En kortere version: gratis brint fra sollys. “Hele hovedvægten i vores arbejde ligger på at finde frem til molekyler eller materialer, der er meget robuste,” siger han, “og som vil holde længe i solbrændselsanlæg.”
Det kan måske endda fungere. Kunstige vandopdelere er allerede 10 gange mere effektive end naturlig fotosyntese, selv om opskalering stadig er årtier væk, da forskerne søger nye katalysatorer til at drive kemien. (De eksotiske metaller, de bruger i dag, er dyre og giftige.) Alligevel er Gray optimistisk. “Det naturlige system skulle bygge noget, der rent faktisk kunne leve,” siger han. “Det eneste, vi skal gøre, er at lave brændstof.” Åh, og redde planeten. -Thomas Hayden
Big Idea 3: Spray Wi-Fi Hot Spots på alt
Hele den mobile økonomi er baseret på en skrøbelig antagelse – at vi vil kunne få adgang til det mobile internet, når og hvor vi vil, med stadig højere hastigheder. Virkeligheden er ikke så rosenrød: Vi har allerede set mobilselskaber som AT&T og Verizon stoppe med at tilbyde deres ubegrænsede dataplaner – og kampen om båndbredde vil blive endnu mere opslidende, efterhånden som antallet af tablets og smartphones fortsætter med at eksplodere.
Begrænset adgang er mere end blot et irritationsmoment, det er en dødelig trussel mod innovation. I 2020 forventes trådløs teknologi at have en global indvirkning på 4,5 billioner dollars. Men væksten afhænger af vores evne til at skalere op. Vi har brug for adgang, der svarer til antallet af enheder, der efterspørger den.
Lejligt tilgængeligt Wi-Fi kan være med til at løse dette problem. Internet- og telefonselskaberne er allerede begyndt at installere små celler – i det væsentlige små mobiltelefontårne, der leverer Wi-Fi sammen med 4G – i tætbefolkede områder. Men disse virksomheder har ikke meget incitament til at opbygge den massive infrastruktur, der er nødvendig for at forbinde resten af verden.
Et firma har fundet på en helt særlig dristig løsning – en Wi-Fi-antenne i en spraydåse. Chamtech Enterprises har udviklet en væske fyldt med millioner af nano-kondensatorer, som, når de sprøjtes på en overflade, kan modtage radiosignaler bedre end en almindelig metalstang. Med en router kan Chamtechs antenner kommunikere med et fibernetværk, modtage signaler fra målrettede satellitter og oprette en daisy chain med nærliggende knudepunkter, hvilket potentielt kan skabe et mesh-netværk af billige, bredbåndede Wi-Fi-hotspots. Da antennerne kan males på en hvilken som helst overflade, vil der ikke være nogen af de NIMBY-ismer, der hilser på alle nye mobiltelefontårne. Hvis det ikke er fantastisk nok, så prøv det her: Ikke mere forbandelse af AT&T. -Rachel Swaby
Stor idé 4: Omdan ørkener til kraftværker
Du skal ikke tænke på tørre områder som Sahara som øde ødemarker. Tænk på dem som næsten uendelige kilder til ren energi. I løbet af seks dagslystimer optager Jordens ørkener mere energi, end menneskeheden bruger på et år. Nu har et usandsynligt konsortium af politikere, videnskabsmænd og økonomer fra hele Middelhavsområdet en plan for at udnytte det. “Desertec” vil omfatte hundredvis af kvadratkilometer vind- og solcelleanlæg i verdens ørkener, som vil blive koblet til elnettene for at kanalisere pålidelig, vedvarende og økonomisk overkommelig strøm til mere solbeskinnede regioner. Planlæggerne håber at få solenergi til at strømme fra Nordafrika til Europa først. Det anslås, at 1.300 kvadratkilometer af den nordafrikanske ørken kan dække 20 % af Europas energibehov i 2050. “Alt det, der er nødvendigt for at realisere Desertec-konceptet, er allerede til stede”, siger Thiemo Gropp, der er meddirektør i fonden. Som med de fleste store infrastrukturprojekter er de største udfordringer politiske. De nordafrikanske ledere ser Desertec som en jobskabende faktor, men det arabiske forår gjorde investorerne usikre på regionens stabilitet på lang sigt. Europas økonomiske krise har drænet finansieringen af offentlige arbejder, og kontinentet er et virvar af uforenelige elnet og bestemmelser. Alligevel kan Desertec-konceptet stadig bruges. Halvfems procent af verdens befolkning bor inden for 1.800 miles fra en ørken. Kinas byer kunne forsynes med strøm fra Gobi, og Sydamerika kunne have ledninger fra Atacama-området. Hvor der er lys, er der håb.
-Andrew Curry
Stor idé 5: Sæt digitale skærme i øjnene
Smartphones har givet os en konstant forbindelse til verdens informationer. Men for at få adgang til disse oplysninger er det nødvendigt at stirre ned på vores gadgets, hvilket gør os tilbøjelige til at komme galt af sted og til at blive irriteret over vores middagsvenner. Hvad nu, hvis vi kunne få adgang til alle disse oplysninger uden problemer og uden at sætte vores liv eller venskaber på spil?
Googles medstiftere har siden 2002 talt om en direkte forbindelse til vores hjerner. Indtil videre er de kommet tættest på med prototypen Google Glass, en brille, der projicerer oplysninger på et heads-up display, som kun er synligt for bæreren. Men Babak Parviz, grundlæggeren af Project Glass, som også er lektor ved University of Washington, håber at kunne tage tingene et skridt videre. Han foreslår en langsigtet plan om at gøre op med de voluminøse briller og bygge et mikrosystem på en kontaktlinse. Ved hjælp af radioer, der ikke er bredere end et par menneskehår, mener han, at disse linser kan forstærke virkeligheden og i øvrigt fjerne behovet for skærme på telefoner, pc’er og bredskærms-tv’er. “Det eneste, disse skærme gør, er at generere et mønster på din nethinde”, siger Parviz. “Så hvis du har en kontaktlinse, der gør det, har du ikke længere brug for nogen af disse skærme.” En bonus: Linserne kan fungere som en vedvarende sundhedsovervågning ved hjælp af små biosensorer til at analysere øjets celler. -S.L.
Store idé 6: Erklær krig mod indkommende asteroider
Filmen Armageddon havde to ting rigtigt: For det første er vi sørgeligt uforberedte på en indkommende asteroide. Og for det andet? Det rigtige værktøj til den rigtige opgave. “Bruce Willis har ydet et meget vigtigt bidrag til planetarisk forsvar”, siger Bong Wie, direktør for Asteroid Deflection Research Center ved Iowa State University. Se, Armageddon var med til at popularisere teorien om underjordiske eksplosioner. Og Wie har et missil – Hyper-Velocity Asteroid Intercept Vehicle – som laver en sådan. Foran: en “kinetisk energi interceptor”. Bagpå: en atombombe. Den kinetiske del kører ind i stenen, og bomben sprænger det hele i stykker. Det lød godt for NASA, som gav Wie et tilskud på 100.000 dollars. Designet løser en af de største mangler ved atombomber i rummet. Hvis en bombe rammes ind i overfladen af en asteroide, vil det fissile materiale smelte ned, før det kan detonere, og en stand-off-eksplosion vil ikke ødelægge målet. HAIV placerer bomben inde i klippen, hvor den skaber jordstød, hvilket forstærker kraften af eksplosionen tyve gange. Wie planlægger at teste systemet uden bombe omkring 2020, men han siger, at han kan få en bombe i luften på mindre end et år, hvis en kollision ser nært forestående ud. “Mange mennesker i vores samfund tror, at når vi har brug for det, kan vi bare samle det system, som jeg taler om”, siger Wie. Det ville koste 500 millioner dollars, men det er et par stjernestøvkorn sammenlignet med afslutningen på civilisationen, som vi kender den (og 50 millioner dollars mindre end Armageddon’s globale indtjening i biografen).
-Ben Paynter
Stor idé 7: Byg skyskrabere af diamanter
Det er et af de hårdeste materialer i universet. Det er fuldstændig klart, praktisk talt gnidningsfrit, kemisk inert og en fremragende varmeleder. Og det er lavet af et af de mest almindelige grundstoffer: kulstof. Diamant – egentlig bare kulstofkrystal – er yderst nyttigt inden for alt fra mikroelektronik til vandbehandling. Desværre er store diamanter også overordentlig sjældne. Men tænk, hvis det var lige så udbredt som stål.
Stephen Bates kan måske få det til at ske. Ud over at arbejde for steder som NASA og Princeton tilbragte den 64-årige videnskabsmand et par år hos General Motors, hvor han byggede en gennemsigtig stempelmotor ved hjælp af safir, hvilket gav et hidtil uset overblik over flammernes og gassernes strømning. Denne safirmotor fik Bates til at tænke på diamanter. “Alt, hvad man kan gøre med safir, ville fungere bedre med diamant, hvis man havde råd til det”, siger han.
Efter at have fordybet sig i forskning i syntese af krystaller i tynde film ved hjælp af en proces kaldet dampudfældning, tog Bates patent på en metode til at gøre det samme med diamanter. Konceptet er enkelt: Pak diamantgrus, et billigt industrielt produkt, ind i en form med fordampet C60-fulleren – et fodboldformet bur af 60 kulstofatomer – i en form. Derefter sprænger man det hele med en laserstråle. Fullerenen går i stykker, og kulstoffet kondenserer mellem diamantpartiklerne og smelter dem effektivt sammen til en relativt fast masse.
Selv om metoden viser sig at være teknisk og økonomisk gennemførlig, vil det resulterende materiale være porøst, og ingen ved rigtig, hvilke egenskaber porøs diamant vil have. Første skridt er, at Bates skal anskaffe sig en 100.000 dollars pulserende laser. Men hvis den virker? Forestil dig diamantfundamenter under dit hjem, diamantbjælker i skyskrabere, diamantknogler i dine ben og diamantdele til fly og rumskibe. Du skal bare ikke planlægge et hus udelukkende af diamanter – vægge lavet af verdens bedste varmeleder ville give et ret koldt sted. -Ted Greenwald