要应对气候危机，光靠太阳能电池板和回收的卫生纸是远远不够的。科学家们正在寻找越来越有创意的方法（猪尿！DIY龙卷风！微型核反应堆！）来净化地球。
从太空传输电力
愿景 将巨型太阳能电池板送入轨道，将无限的清洁能源传回地球。
计划 到2030年，日本希望不再依赖污染性的煤炭发电厂，而是从天空中获取电力。该想法是将卫星送入赤道上空的地球静止轨道，在那里它们将展开1.5英里长的太阳能阵列，全天候吸收阳光。卫星上的发射器会将太阳能转化为微波能量，并将其向下传输到地面接收站。每个接收站都配备有两英里宽的巨大天线，能够产生1吉瓦的电力——足以满足50万户家庭的用电需求。这相当于一座典型燃煤电厂的两倍，而且没有任何温室气体排放。
将太阳能电池板置于太空有一个显而易见的优势：在22,000英里高空，永远不会有阴天。平均而言，太空中的阳光比地球上的阳光多8到10倍，因为地球大气层和天气会阻碍阳光。如今，随着卫星发射成本的下降（今天每磅约5000美元，而十年前是12000美元），以及能源价格的上涨（已经比2005年翻了一番），研究人员终于开始认真考虑这个想法了。
事实上，今年晚些时候，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）计划在地面上测试这一想法，将微波束以170英尺的距离射向一个6.5英尺宽的整流天线（一种将微波转化为直流电的接收器）。这不像从太空传输能量那么光鲜，但却是至关重要的一步。
潜在风险 一个可怕但不太可能发生的情况是，微波束会错过接收天线，并烧毁地球表面的某个东西。比如一个村庄。为了降低这种风险，JAXA的科学家们正在开发一个自动检测系统，如果卫星偏离线路，该系统会关闭微波束。
预计时间 JAXA的目标是在2013年之前发射其首个能源传输卫星到轨道，并在2030年之前建立一个直接向电网输送能源的“能源卫星”网络。
—Rena Marie Pacella
植物毛发俱乐部
愿景 全世界数千英亩的“超毛茸茸”的植物反射多余的阳光，为地球降温。
计划 在寻找能够抵御未来严酷高温的作物的方法时，加州大学欧文分校的地球科学家Christopher Doughty注意到，在炎热干旱条件下茁壮成长的植物通常被毛发状纤维覆盖。事实证明，这些微小的毛发几乎反射了太阳所有的近红外光，同时允许可见光照射叶片并驱动光合作用。通过吸收更少的热能和蒸发更少的水来保持凉爽，这些植物效率更高——也更适合温暖的天气。这让Doughty思考：如果毛茸茸的植物覆盖了地球的很大一部分，并且都在将近红外能量反射回太空，这会对地球降温多少？于是他启动了一个全球气候模型，该模型考虑了数百个变量，并估计了它们对全球气候的影响。当他将农作物反射率提高了10%时，Doughty发现，在30度纬线和极地之间分布毛茸茸的植物可以产生最佳效果，从而使区域温度降低两到三华氏度。
不幸的是，大多数农作物不够毛茸茸，无法产生这种降温效果，但一些巧妙的选育可以解决这个问题。Doughty说：“以前从未有人故意种植毛茸茸的植物。但话说回来，直到现在都没有充分的理由去尝试。”
潜在风险 超反射植物可能会蒸发更少的水到大气中，导致保护性的云层减少，进而导致地表温度升高。
预计时间 培育出反射率提高10%的毛茸茸农作物可能需要几十年。
—Bjorn Carey
从空气中提取汽油
愿景 一种改良的核反应堆，每天生产17,000桶汽油——足以加满54,000辆本田思域。
计划 空气含有汽油的构成要素——氢和碳。那么为什么不把它变成燃料呢？这就是洛斯阿拉莫斯国家实验室科学家们利用核能将二氧化碳转化为可再生资源的计划背后的想法。当空气进入反应堆的冷却塔时，它会过滤通过碳酸钾溶液，该溶液会捕获95%的二氧化碳，并形成碳酸氢盐溶液：基本上就是小苏打。
然后，一个电解池将碳酸氢盐转化为100%的二氧化碳。至于氢气，核反应堆已经产生了电力，其中一部分可以为电解器供电，电解器从水中提取氢气。最后，通过催化过程将氢气和碳结合生成甲烷、汽油或喷气燃料，所有过程都没有有毒排放物。研究人员估计，每天生产8600吨二氧化碳，足以生产17,000桶汽油，需要六个冷却塔和多达90个电池。
潜在风险 该计划需要汽油价格持续上涨，因为新生产的汽油在加油站的价格将为每加仑4美元。如果油价下跌，该计划将失败。
预计时间 洛斯阿拉莫斯科学家计划明年推出电解电池的原型，并在2013年准备好商业版本。
—Cliff Kuang
将碳埋入海底
愿景 将二氧化碳封存在海底六英里长的香肠形塑料袋中。
计划 这有点难以接受。在数千平方英里的海床上覆盖直径650英尺、聚合物外皮的香肠状袋子，将从发电厂吸取的二氧化碳装进去，然后永远留在那里。“我一开始认为这个项目很傻，直到我开始和海洋工程师交谈并进行计算，”卡尔加里大学可持续能源、环境与经济研究所主任、物理学家David Keith说。但当他与阿贡国家实验室和新加坡大学的工程师完成了该项目的概念研究后，他确信这不仅是可能的；而且是相当实用的。
“基本物理原理很简单，” Keith解释说。在两英里以下的海深处，液态二氧化碳比海水密度大，所以它会下沉。事实上，几十年来，科学家们一直建议将液态二氧化碳注入深海的洼地，形成湖泊，但环保人士对此持抵制态度，因为一部分二氧化碳最终会溶解并酸化海水。但如果将其储存在耐腐蚀的材料中，例如有机聚合物或钛，它就可以安全地存放在海底数千年。
至于安装，香肠袋的皮肤是柔韧的，所以工程师可以将每个袋子卷绕在一个浮动卷轴上，然后用拖船将其拖到离海岸约60英里处。随着卷轴的展开，薄膜会下沉近两英里到达海底，然后深海探测器将每个袋子的一端连接到主管道上的阀门。在发电厂捕获二氧化碳排放并将其压缩成液体后，管道将以每秒两吨的速度泵入袋子，袋子从最深端开始缓慢充气。由于空间不是问题——海洋覆盖了地球表面的70%，并且大多数大陆海岸线60英里内都可以到达所需的深度——管道可以持续延长以容纳新的袋子。
潜在风险 我们是否提到了人类目前倾倒的巨量二氧化碳？每秒约800吨，足以每分钟装满一艘油轮的二氧化碳。为了将目前的全球排放量减少20%，我们需要每11天填满一个袋子。然后是耐用性问题。例如，如果一条鲨鱼咬破了一个袋子，或者材料分解了呢？无法确定这些袋子是否会在数百年而不是数千年后分解，正如预测的那样。
预计时间 Keith表示，在解决监管障碍后，二氧化碳袋可能在2020年之前到位。
—Rena Marie Pacella
味道好极了！减少全球变暖！
愿景 通过用超音速蒸汽流“爆射”啤酒，每年节省六十亿千瓦时能源（足以点亮2000万盏灯泡一年）。
计划 今年早些时候，英国最古老的啤酒厂Shepherd Neame开始使用一种强大的新型“麦芽汁煮沸”技术生产其流行的Spitfire拉格啤酒和艾尔啤酒，该技术将其能源消耗降低了10%。
啤酒的主要成分，除了水，是淀粉，如麦芽大麦。将淀粉浸泡在水中和酶中，将其分解为称为麦芽汁的糖溶液。下一步，煮沸麦芽汁以去除麦芽中的杂质，这占啤酒厂总能源消耗的20%。PDX麦芽汁加热器，一家名为Pursuit Dynamics的英国公司制造的喷嘴网络，以每秒3000英尺的速度将蒸汽喷射到麦芽汁中。撞击将液体分解成雾状液滴，其加热速度比液体麦芽汁快，并将酿造时间从一小时缩短到30分钟，同时消耗一半的能源。如果世界上8000家主要啤酒厂采用这项技术，每年可以节省相当于三百万吨煤的电力。
潜在风险 漏水的喷嘴可能会污染蒸汽并毁掉一批啤酒。除此之外，说服啤酒厂为向他们传统的配方中喷射蒸汽的新技术付费并不容易。
预计时间 能源成本的上涨可能使蒸汽加热啤酒在三年内成为行业标准。
热门身体
愿景 利用数百万通勤者散发的热量，将全球能源需求降低15%。
计划 一个普通人在沙发上就能产生约60瓦的能量，而在高峰时段赶火车时则能产生约100瓦的能量。瑞典土木工程师Karl Sundholm的目标是捕获一部分多余的能量，他将在斯德哥尔摩中央车站使用一个汽车大小的热交换器来吸收由25万多名日常通勤者加热的空气，并用它来满足附近一栋建筑高达15%的供暖需求。交换器加热水管，水管将热水输送到新建筑中的另一个热交换器，在那里过程被逆转：热水加热空气，帮助商店老板和隔间里的居民保持温暖。夏天，当体热不受欢迎时，同样的交换器会将附近湖泊的冷水输送过来，为建筑物和火车站降温。
潜在风险 物流方面可能会使热量输送系统在其他城市难以复制。斯德哥尔摩车站和邻近建筑工地之间的距离不寻常，瑞典同时拥有车站和未来的建筑工地也比较少见。Sundholm说：“[该系统]成本更高，占用的空间也更大。”但它应该在一年内就能收回成本。
预计时间 2010年，中央车站可能就能捕捉到瑞典人的体热。
—Corey Binns
利用龙卷风的能量
愿景 利用人造龙卷风发电，照亮整个城市。
计划 一个平均时速100英里的龙卷风可以产生高达10兆瓦时的电力，大约相当于一个大型公用事业工厂。现在，加拿大工程师Louis Michaud声称他已经找到了一个方法来捕捉龙卷风并使其无限旋转，从而产生廉价、几乎无限的能源。他的发明是一台13英尺宽的造龙卷风机器，它产生强大的旋转气柱来驱动涡轮机。去年，Michaud展示了一个小型原型机，它产生了6.5英尺高的旋风（参见“龙卷风动力”，头条新闻，2007年11月），但这款新的——原定于5月在安大略省萨尼亚测试——应该能产生迄今为止最大的“人造龙卷风”。
.
如果测试按计划进行，Michaud希望开始建造一个全尺寸的商业版本，其宽度几乎是足球场的一倍，能够产生150英尺宽、数英里高的涡流。其外壁将包含20个风扇，它们吸入空气，将其吹过热水管加热，然后通过管道 blast 到内部腔室。由于管道是倾斜的，热空气将开始像龙卷风一样旋转。启动机器需要约2000兆瓦的电力，但Michaud的计划是回收发电厂的废热，并用它来加热水管。一旦龙卷风开始旋转，它就不需要额外的能源输入来维持运转——只要龙卷风底部存在低压吸入更多空气，涡轮机就会一直运转，而这又会喂养龙卷风。流过涡轮机的空气最终将驱动发电机，并将龙卷风的机械能转化为200兆瓦的电力，足以满足约20万户家庭的用电需求。
潜在风险 万一发动机失控怎么办？万一它从基座上断裂或变得太大怎么办？Michaud说，他可以简单地关闭通往内部腔室的管道，阻止空气供应，或者改变进气的方向。
预计时间 预计五年内将推出商业机器。
—Rena Marie Pacella
由污水提供动力的沼气巴士
愿景 将文明最卑微的副产品——包括人类排泄物和动物尸体——转化为清洁燃烧的燃料，用于通勤运输。
计划 在由俄勒冈州沼气合作社负责人、顾问Warren Weisman构思的一个试点项目中，该国第一辆沼气巴士将从俄勒冈州尤金市的一个污水处理厂获取燃料。Weisman认为，污水，辅以作物残茬和餐馆剩菜，最终可以为该市所有的巴士提供动力。
沼气是通过厌氧消化产生的，这是一个细菌在缺氧条件下分解有机废物的过程。沼气中的硫化氢和二氧化碳被去除，剩余的天然气（主要是甲烷）被压缩。
目前没有足够的沼气来驱动道路上的每一辆汽车，但它可以取代非可再生、污染性的燃料，如柴油，用于大众运输。而且，与从深井中提取的天然气不同，沼气不会对温室气体排放产生净影响，因为它不会释放被困在化石沉积物中的碳。
瑞士、法国、西班牙和冰岛的城市已经在利用它们的下水道作为巴士燃料。在瑞典，林雪平市的所有车队都依靠沼气，沼气由粪便和屠宰场剩余物等有机材料产生。林雪平也是世界上第一个，也许是唯一一个沼气通勤列车的所在地。
潜在风险 要获得高产量需要完美的废物成分配方。仅凭市政污水产量很低，因此必须与其他废物材料共同消化。此外，运输到消化池会影响过程的效率。
预计时间 俄勒冈州能源部的清洁城市计划准备提供100万美元的资金，但当地官员表示，他们将在未来几年将该巴士项目搁置，以便专注于污水处理厂的其他升级。
—Dawn Stover
新黄金：将猪尿转化为塑料
愿景 每天收集全球十亿头猪的90,000吨尿液，并将其回收制成塑料盘。
计划 在Agroplast董事长Jesper Thomsen看来，猪尿的价值与石油、煤炭和天然气一样。尿素是猪肝产生的一种化学物质，可以以多种方式回收利用，从除冰道路和飞机到制造所谓的生物塑料，其中尿素可以替代石油作为填充剂。今年夏天晚些时候，这家丹麦公司将在哥本哈根附近的一个加工厂开始每天收集3000升猪尿，以降低成本和节约资源。
通常，猪尿和猪粪会被大量倾倒到散发着臭味的池塘和储存罐中，这些池塘和储存罐容易溢出和泄漏。这可能导致严重的空气和地下水污染。而Agroplast的过滤系统则能尽可能快地收集猪尿，使猪圈保持清洁和无病。与传统的化粪池系统不同，废物通过过滤器流动，这些过滤器在去除颗粒、颜色和气味的同时净化液体。在过程结束时，尿素就可以被回收利用，制成塑料、肥皂或润肤霜。
潜在风险 科学家们对于生物塑料是否比石油基塑料更环保存在分歧。如果你将一个由猪尿制成的塑料盘扔进垃圾填埋场，它最终会释放温室气体甲烷。生物塑料的回收也存在问题，因为大多数公司还没有能力区分普通塑料和生物塑料。
预计时间 Thomsen预计该公司的第二家工厂将设在爱荷华州或北卡罗来纳州，那里是美国一些最大的养猪场所在地。由于农田和天然气价格昂贵，他设想建造“猪城”——高效、节地的摩天大楼，将猪集中饲养，同时将其废物加工成塑料和肥料。
—Corey Binns
用小型核反应堆为偏远城镇供电
愿景 利用小型核反应堆为美国小城镇产生热量和电力，这些反应堆无需加注燃料、维护或产生有害柴油烟雾即可运行30年。
计划 东芝公司，在美国以消费电子产品而闻名，提出了世界上最小的商业核电站的方案。该4S反应堆（Super Safe, Small and Simple的缩写）功率为10兆瓦，高度不到7英尺，被密封在约100英尺深的混凝土井中。一些人称其为“核电池”，因为它可以在整个30年的使用寿命内无需加注燃料即可运行。
该反应堆无需维护计划的关键在于其冷却系统。美国大多数核反应堆使用加压水作为冷却剂，但4S依赖于熔融钠。由于钠是一种金属，它可以使用无活动部件的电磁泵在反应堆中循环，无需维修。
潜在风险 在全球运行的400多个大型核反应堆中，只有两个是钠冷却的。一个担忧是钠可能会接触到水，这可能会引起爆炸。另一个问题是反应堆是否可以在30年内无需任何检查或维修就能安全运行。如果需要维护，则必须将反应堆挖出并送回日本的工厂。
预计时间 东芝希望在2012年之前在阿拉斯加的加尔纳（人口700人）安装首个4S反应堆。该地区远离主电网，居民目前支付的柴油电力价格约为每千瓦时45美分，但4S可以将成本降低一半。
—Dawn Stover
查看PopSci关于环境未来的完整报道，请访问popsci.com/futurecity。
