Nagy ötlet 1: Tegyük a repülőgépeket újratölthetővé
Tesla. Prius. Volt. Az autóipar bővelkedik radikális új konstrukciókban, amelyek csökkentik az autózás környezeti terhelését. A repülőgépipar évtizedek óta fokozatosan javítja az üzemanyag-hatékonyságot, de a jelenlegi konstrukciókban rejlő lehetőségeket kimeríti, és hamarosan hasonlóan átalakító újragondolással kell előállnia. És gyorsan kell cselekednie. A légi közlekedés robbanásszerűen fog növekedni – 2031-re több mint megduplázódik -, ahogy a fejlődő országok egyre virágzóbbá válnak. Ez a növekedés felemészthet minden más fejlesztést, amit az autók vagy az energiahálózatok tisztításától kezdve elérhetünk.
A probléma megoldásának számos módja van. A NASA újragondolja a repülőgépek tervezését olyan szemet gyönyörködtető koncepciók szponzorálásával, mint az MIT D Series – amelyben a kéthengeres karosszéria lehetővé teszi a hátul elhelyezett motorokat és a teljes üzemanyag-felhasználás mintegy 50 százalékos csökkentését. (Sokkal csendesebbek is.) Az okosabb navigációs rendszerek lehetővé tennék a légitársaságok számára, hogy rövidebb, közvetlenebb repülési útvonalakat repüljenek. A kis, rövid hatótávolságú repülőgépek pedig előbb-utóbb elektromos meghajtásúvá válhatnak: a szlovén Pipistrel cég kifejlesztett egy négyüléses elektromos repülőgépet, amely kétszer annyi kilométert képes megtenni, mint egy hasonló repülőgép. “Mindezek a technológiák olyan képességeket eredményeznek, amelyek 10 évvel ezelőtt még elképzelhetetlenek voltak” – mondja David Hinton, a NASA repüléstechnikai kutatási igazgatóhelyettese. A határ a csillagos ég. -Clive Thompson
Nagy ötlet 2: Mikrogépekkel tankoljuk a bolygót
Harry Gray ért az elektronokhoz. A Caltech kémikusa 1982-ben fedezte fel, hogy az elektronok “alagutat” – hosszú mólláncokon való átugrást – végeznek a fehérjékben. Kiderült, hogy ez a trükk az élet éltető lehelete; az élőlények így alakítják át az energiát olyanná, amit felhasználhatnak, kezdve a növényekkel, amelyek a napfény energiáját a sejtjeikbe zárják, egészen addig, hogy nagyjából minden életforma olyan üzemanyagokat éget el, mint a glükóz, hogy energiát termeljen. Mindezt a metalloproteineknek nevezett hibrid molekulák teszik lehetővé, amelyek ötvözik a fehérjék alakváltoztató rugalmasságát a fémek kémiai reakciókat katalizáló képességével.
Amikor Gray rájött erre, már érdeklődött a napenergia iránt. Ha egy majdnem végtelenül megújuló energiatermelőt akartak kifejleszteni, rájött, hogy megpróbálhatnának eltéríteni egy olyan metalloprotein által vezérelt rendszert, mint a fotoszintézis. De ez nem működne. A biológiai gépezet túl törékeny és hatástalan – és néhány percenként újra kell szintetizálni ahhoz, hogy működjön.
Ha olyan molekuláris gépezetet akarsz, amely hatékonyan és megbízhatóan termel energiát, mondja Gray, akkor magadnak kell megépítened. Ő és kollégái olyan mikroméretű akkumulátorokat képzelnek el, amelyek egyik végén fémoxidokkal, a másik végén szilíciummal rendelkeznek, és úgy épülnek fel, mint a növényi sejtmembránokban található metalloprotein tömbök. A fémoxidok elnyelnék a napfény kék hullámhosszát, és az energiát arra használnák, hogy a tengervizet oxigénre és protonokra bontják, a szilícium pedig elnyelné a vörös fényt, és a protonokat elektronokkal egyesítené. Ez ügyes, mert egy elektronnal kombinált proton valójában hidrogén, ami üzemanyagként használható. Rövidebb változat: szabad hidrogén a napfényből. “Munkánk egész hangsúlya azon van, hogy olyan molekulákat vagy anyagokat találjunk ki, amelyek nagyon robusztusak” – mondja – “és hosszú ideig kitartanak a napenergiával működő üzemanyagüzemekben.”
Ez még működhet is. A mesterséges vízbontók már most 10-szer hatékonyabbak, mint a természetes fotoszintézis, bár a méretnövelés még évtizedekre van, mivel a kutatók új katalizátorokat keresnek a kémia meghajtásához. (A ma használt egzotikus fémek drágák és mérgezőek.) Gray mégis optimista. “A természetes rendszernek meg kellett építenie valamit, ami valóban képes élni” – mondja. “Nekünk már csak üzemanyagot kell előállítanunk.” Ó, és megmenteni a bolygót. -Thomas Hayden
3. nagy ötlet: szórjunk Wi-Fi hot spotokat mindenre
Az egész mobilgazdaság egy bizonytalan feltételezésen alapul – hogy bármikor és bárhol, egyre nagyobb sebességgel hozzáférhetünk majd a mobilhálózathoz. A valóság azonban nem ennyire rózsás: máris láthattuk, hogy az olyan mobilszolgáltatók, mint az AT&T és a Verizon már nem kínálnak korlátlan adatforgalmi csomagokat – és a sávszélességért folytatott küzdelem még kimerítőbb lesz, ahogy a táblagépek és okostelefonok száma tovább robban.
A korlátozott hozzáférés több mint bosszúság, ez halálos veszélyt jelent az innovációra. 2020-ra a vezeték nélküli technológia globális hatása várhatóan 4,5 billió dollár lesz. A növekedés azonban attól függ, hogy mennyire vagyunk képesek bővíteni. Olyan hozzáférésre van szükségünk, amely megfelel az azt igénylő eszközök számának.
A könnyen elérhető Wi-Fi segíthet megoldani ezt a problémát. Az internet- és telefontársaságok már most elkezdték a kis cellák – lényegében apró mobiltelefontornyok, amelyek a 4G mellett Wi-Fi-t is szolgáltatnak – telepítését a sűrűn lakott területeken. Ezeknek a vállalatoknak azonban kevés az ösztönzésük arra, hogy kiépítsék a világ többi részének összekapcsolásához szükséges hatalmas infrastruktúrát.
Egy vállalat egyedülállóan merész megoldással állt elő: Wi-Fi antennával egy szórófejes dobozban. A Chamtech Enterprises kifejlesztett egy milliónyi nanokondenzátorral töltött folyadékot, amely egy felületre fújva jobban képes fogadni a rádiójeleket, mint egy hagyományos fémrúd. Egy routerrel a Chamtech antennái képesek kommunikálni egy üvegszálas hálózattal, jeleket fogadni a célzott műholdakról, és a közeli csomópontokkal láncot alkotni, így potenciálisan olcsó, szélessávú Wi-Fi hot spotok hálós hálózatát hozhatják létre. Mivel az antennákat bármilyen felületre fel lehet festeni, nem lesz semmi olyan NIMBY-izmus, amely minden új mobiltelefontornyot üdvözöl. Ha ez nem elég fantasztikus, próbálja ki ezt: Nincs többé AT&T káromkodás. -Rachel Swaby
4. nagy ötlet: A sivatagokat alakítsuk át erőművekké
Ne gondoljunk az olyan száraz területekre, mint a Szahara, kietlen pusztaságként. Gondolj rájuk úgy, mint a tiszta energia majdnem végtelen forrásaira. A Föld sivatagjai hat napfényes óra alatt több energiát szívnak fel, mint amennyit az emberiség egy év alatt elhasznál. Most a Földközi-tenger térségéből származó politikusok, tudósok és közgazdászok egy valószínűtlen konzorciumának van egy terve ennek hasznosítására. A “Desertec” több száz négyzetkilométernyi szél- és naperőművet foglalna magában a világ sivatagjaiban, amelyeket elektromos hálózatokra kötnének, hogy megbízható, megújuló és megfizethető energiát juttassanak a napfényben szegényebb régiókba. A tervezők azt remélik, hogy a napenergiát először Észak-Afrikából Európába juttatják el. Becslések szerint az észak-afrikai sivatag 1300 négyzetkilométeres területe 2050-re Európa energiaszükségletének 20 százalékát fedezhetné. “Minden, ami a Desertec koncepció megvalósításához szükséges, már megvan” – mondja Thiemo Gropp, az alapítvány társigazgatója. Mint a legtöbb nagyszabású infrastrukturális projekt esetében, a legnagyobb kihívások politikai jellegűek. Az észak-afrikai vezetők a Desertecben munkahelyteremtő szerepet látnak, de az arab tavasz elbizonytalanította a befektetőket a régió hosszú távú stabilitását illetően. Az európai gazdasági válság elszívta a közmunkák finanszírozását, és a kontinens az egymással összeegyeztethetetlen energiahálózatok és szabályozások kusza szövevénye. A Desertec koncepciója azonban még így is működhet. A világ lakosságának kilencven százaléka 1800 mérföldön belül él egy sivatagtól. Kína városait a Góbi energiával láthatná el; Dél-Amerika az Atacama sivatagból vezethetné a vezetékeket. Ahol fény van, ott remény van.
-Andrew Curry
Nagy ötlet 5: Digitális kijelzőket a szemünkbe
Az okostelefonok révén folyamatosan kapcsolatban állunk a világ információival. De ahhoz, hogy ténylegesen hozzáférjünk ezekhez az információkhoz, le kell bámulnunk a kütyüinket, ami hajlamossá tesz minket a koccanásokra és a kipipált étkezőtársakra. Mi lenne, ha zökkenőmentesen hozzáférhetnénk ezekhez az információkhoz, anélkül, hogy kockáztatnánk az életünket vagy a barátságainkat?
A Google társalapítói 2002 óta beszélnek az agyunkba vezető közvetlen vonalról. Eddig a legközelebb a Google Glass prototípusa állt hozzájuk, egy olyan szemüveg, amely információkat vetít ki egy heads-up kijelzőre, amelyet csak a viselője lát. Babak Parviz, a Project Glass alapítója, aki egyben a Washingtoni Egyetem docense is, azonban azt reméli, hogy egy lépéssel tovább tud lépni. Azt a távlati tervet javasolja, hogy a terjedelmes szemüveget eltöröljék, és egy mikrorendszert építsenek egy kontaktlencsére. A néhány emberi hajszálnál nem szélesebb rádiókat használva szerinte ezek a lencsék növelhetik a valóságot, és mellesleg szükségtelenné teszik a telefonok, PC-k és szélesvásznú tévék kijelzőit. “Az egyetlen dolog, amit ezek a kijelzők tesznek, hogy mintát generálnak a retinánkon” – mondja Parviz. “Tehát ha van egy kontaktlencséd, ami ezt teszi, akkor nincs többé szükséged ezekre a kijelzőkre”. Bónusz: a lencsék tartós egészségügyi monitorként is működhetnek, apró bioszenzorok segítségével elemezve a szem sejtjeit. -S.L.
Nagy ötlet 6: Háborút hirdetni az érkező aszteroidák ellen
Az Armageddon című film két dolgot jól csinált: Először is, szánalmasan felkészületlenek vagyunk egy érkező aszteroidára. És másodszor? A megfelelő eszköz a megfelelő feladatra. “Bruce Willis nagyon jelentősen hozzájárult a bolygó védelméhez” – mondja Bong Wie, az Iowai Állami Egyetem Aszteroida Elterelési Kutatóközpontjának igazgatója. Az Armageddon ugyanis segített népszerűsíteni a felszín alatti robbanások elméletét. És Wienek van egy rakétája – a Hyper-Velocity Asteroid Intercept Vehicle -, amely ilyet készít. Elöljáróban: egy “kinetikus energia elfogó”. Hátul: egy atombomba. A kinetikus rész belehajt a sziklába, a bomba pedig darabokra robbantja azt. Hé, ez jól hangzott a NASA számára; az ügynökség 100 000 dolláros támogatást adott Wie-nek. A konstrukció az űrbombák egyik legnagyobb hiányosságát orvosolja. Ha egy bombát egy aszteroida felszínébe csapnánk, a hasadóanyag megolvadna, mielőtt felrobbanhatna, és egy álló robbanás nem pusztítaná el a célpontot. A HAIV a bombát a szikla belsejébe helyezi, ahol talajlökéseket hoz létre, hússzorosára növelve a robbanás erejét. Wie azt tervezi, hogy 2020 körül teszteli a rendszert, atombomba nélkül, de azt mondja, hogy kevesebb mint egy év alatt a levegőbe tudna juttatni egyet, ha az ütközés küszöbön állna. “A közösségünkben sokan úgy gondolják, hogy amikor csak szükségünk van rá, egyszerűen összeszerelhetjük a rendszert, amiről beszélek” – mondja Wie. Ez 500 millió dollárba kerülne, de ez néhány szem csillagporszem az általunk ismert civilizáció végéhez képest (és 50 millió dollárral kevesebb, mint az Armageddon globális kasszasikere).
-Ben Paynter
7. nagy ötlet: Építsünk felhőkarcolót gyémántból
Az egyik legkeményebb anyag a világegyetemben. Teljesen tiszta, gyakorlatilag súrlódásmentes, kémiailag inert, és kiváló hővezető. És az egyik leggyakoribb elemből készül: szénből. A gyémánt – valójában csak szénkristály – rendkívül hasznos a mikroelektronikától a víztisztításig minden területen. Sajnos a nagy gyémántok rendkívül ritkák. De képzeljük el, ha ez az anyag olyan mindenütt jelen lenne, mint az acél.
Stephen Bates talán ezt is elérné. Amellett, hogy olyan helyeken dolgozott, mint a NASA és a Princeton, a 64 éves tudósgyakornok néhány évet a General Motorsnál töltött, ahol zafír felhasználásával egy átlátszó dugattyús motort épített, ami példátlan látványt nyújtott a lángok és gázok áramlásáról. Ez a zafírmotor késztette Bates-t arra, hogy elgondolkodjon a gyémánton. “Bármi, amit zafírral meg lehet csinálni, gyémánttal jobban működne, ha megengedhetnénk magunknak” – mondja.
Miután belemerült a kristályok vékonyrétegekben történő szintézisének kutatásába egy gőzleválasztásnak nevezett eljárással, Bates szabadalmaztatott egy módszert, amellyel ugyanezt a gyémánt esetében is meg lehet csinálni. A koncepció egyszerű: A gyémántszemcséket, egy olcsó ipari terméket, párologtatott C60 fullerénnel – egy 60 szénatomból álló, focilabda alakú ketreccel – töltjük egy formába. Ezután az egészet lézersugárral fújjuk szét. A fullerén széttöredezik, és a szén a gyémántrészecskék közé kondenzálódik, gyakorlatilag viszonylag szilárd masszává olvasztva őket.
Még ha a módszer technikailag és gazdaságilag megvalósíthatónak bizonyulna is, a keletkező anyag porózus lenne, és senki sem tudja, hogy a porózus gyémánt milyen tulajdonságokkal rendelkezne. Az első lépés az, hogy Bates szerezzen be egy 100 000 dolláros impulzuslézert. De ha működik? Képzeljük el a gyémánt alapokat az otthonunk alatt, a gyémántgerendákat a felhőkarcolókban, a gyémántcsontokat a lábunkban, és a repülőgépek és űrhajók gyémánt alkatrészeit. Csak ne tervezzen teljesen gyémántból készült házat – a világ legjobb hővezetőjéből készült falak elég hűvös helyet teremtenének. -Ted Greenwald