从纽约皇后区致命的洪水到德克萨斯州的严寒，气候危机正逼近美国。今年的顶级工程创新反映出人们越来越认识到，建筑和航运等关键行业已无法照常进行。这些获奖项目解答了关于一个“燃烧的星球”的未来的一些紧迫问题，包括如何解决难以脱碳的食品和能源生产等领域。除了绿色科技的进步，这些技术还展示了更安全的采矿方式，引入了能解开DNA结构隐藏之谜的人工智能，并提供了一种急需的高空娱乐方式。
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最佳大奖得主：化石足迹更小的钢材
HYBRIT 绿色钢铁，由SSAB、LKAB和Vattenfall提供
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炼钢过程产生世界碳排放量的七到九个百分比，这主要归因于一种称为“焦炭”的特殊加工煤。在高达3000°F的温度下，焦炭与铁矿石中的氧气发生反应，将金属提纯成制造钢材所需的形态——但在此过程中会排放二氧化碳。为了减少足迹，一家瑞典工业联合体开发了Hybrit，这是一种利用氢气而非碳气来转化铁矿石的炼钢工艺。从水中分离出的氢气，在一种称为竖炉的机器中与矿石中的氧气发生反应，该机器以无化石燃料的风能和水力发电加热到1500°F。该工艺释放出氢气和水，而不是二氧化碳，产生的“海绵铁”在电弧炉中与少量碳一起熔化，制成钢材。Hybrit公司表示，该工艺的二氧化碳排放量不到传统焦炭燃料工艺的2%。去年夏天，沃尔沃收到了首批这种“绿色钢材”，并用它制造了一辆采矿和采石车辆。
更清洁的航运方式
MS Green Ammonia，由Wärtsilä Norway和Grieg Edge AS提供
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集装箱船为我们廉价消费品的经济提供了动力，但却制造了世界碳排放量的近三个百分比。电动电池的能量密度不足以高效驱动大型船舶——而且在茫茫大海中放置充电器几乎是不可能的。今年，芬兰发动机制造商Wärtsilä与挪威物流巨头Grieg合作，押注于无碳氨作为未来船舶的推进剂。在挪威一家风力发电场的驱动下，工程师们将使用电解法产生氢气，氢气在工厂中与氮气反应生成氨气。Wärtsilä已经完成了一款燃烧70%氨混合物的发动机，并计划在2024年将其用于一艘油轮的纯氨版本。
您的市中心可持续海鲜养殖场
虾场，由Vertical Oceans Pte. Ltd.提供
自1980年以来，全球对养殖虾的需求已摧毁了约340万英亩的红树林，主要在东南亚。破坏这些吸收碳的生态系统，使得该产业的碳足迹高于奶牛、猪或鸡。疾病爆发和被污水堵塞的水道也困扰着这个行业。“Vertical Oceans”模式将整个养殖操作搬到室内。这些贝类生活在模块化的校车大小的储罐中，藻类、海藻和底栖鱼类会过滤掉废物。这样，几乎100%的水可以循环利用，而且不需要排污系统。去年在新加坡的一个原型生产了10批虾，总计超过一吨的甲壳类动物。
一座能检测自身缺陷的桥梁
Genoa San Giorgio大桥，由Camozzi/Ingersoll/Renzo Piano设计
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2018年意大利Genoa大桥垮塌造成43人死亡的原因尚不完全清楚。专家们推测，重型交通负荷、盐雾、工厂污染和不断上涨的河水都起到了作用。因此，在Genoa出生的建筑师Renzo Piano设计了替换方案后，增加了各种自动传感功能来检测故障。两台重达两吨的检测机器人沿碳纤维复合材料轨道在桥梁上运行，每八小时拍摄25,000张桥底照片，让机器视觉软件能够发现任何异常。太阳能电池板满足了桥梁95%的能源需求，包括照明和检测危险接头膨胀的传感器。
首个海上浮动过山车
BOLT，终极海上过山车，由嘉年华邮轮公司提供
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普通的过山车利用重力让寻求刺激的游客们加速和翻转。但如果你想在邮轮上建造一个游乐设施——邮轮上稳定的水平地面远非保证——你必须有创意。嘉年华邮轮公司的BOLT过山车利用电力在一条长长的、盘旋的轨道上驱动其小型摩托车式车辆。骑手可以控制速度，最高可达40英里/小时，并在海平面以上187英尺的高度行驶。通过使用电机而不是急剧的自由落体来提供动力，可以防止体验速度达到危险水平。
可能让脏电过时的电池
“Big Jim”，由Form Energy Inc.提供
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为了维持完全可再生的电网，公用事业公司需要大型、廉价的电池来满足在没有风或阳光时的峰值需求。但是，笔记本电脑和电动汽车中的锂离子电池价格昂贵。因此，Form Energy开创了一种基于地球上最丰富的金属之一——铁——的新型高效电池化学。该公司的“Big Jim”原型通过将环境氧气与铁反应来释放电子，生成铁锈。输入的电流将铁锈还原成铁，释放氧气，从而为电池充电。环境工程师表示，每千瓦时20美元的电池是公用事业公司告别煤炭和天然气（Form Energy希望将Big Jim的最终产品定在这个价格）的理想价格。
预测蛋白质三维结构的AI
AlphaFold，由DeepMind提供
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在今年之前，科学只知道人体中17%的蛋白质的确切三维形状——这些蛋白质是生命的基本组成部分，负责从细胞维护到废物调节的一切。理解这些氨基酸链如何盘绕成独特的构象，一直是近50年的“圣杯”。AlphaFold，一个机器学习算法，现在已经解析了人体中20,000种蛋白质中超过98%的结构——其中36%的预测准确到原子级别。DeepMind已将其源代码和预测数据库公之于众，为开发新药物的人、试图创造致病突变抑制剂的医生或开发新材料的设计师开辟了新的可能性。
利用天空作为空调
SkyCool面板，由SkyCool Systems提供
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空调和风扇已经消耗了世界10%的电力，而且预计到2050年，空调的使用量将翻三番，消耗更多能源并将热量推回周围环境。SkyCool正在打破这种危险的循环，采用屋顶纳米技术来反射光线。这些铝基面板覆盖着多层光学薄膜，能够反射8到13微米波长的辐射，这一特定区域允许波穿过地球大气层并进入太空。这样做，面板温度可降低高达15°F，为建筑物的现有系统提供无排放的冷却。去年秋天安装在加州斯托克顿一家杂货店的试点项目，将面板下方的水管冷却，为商店的制冷系统降温——每年节省约6,000美元的电费。
一对用于铺设炸药的机械手
Avatel，由Orica和Epiroc提供
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采矿是世界上最危险的行业之一，但那些必须炸开隧道的人尤其脆弱——不一定是来自爆炸本身，而是来自铺设炸药时发生的地震活动或落石。就像《异形》中雷普利的动力装甲的巨型版本一样，Avatel机器人允许一名员工放置爆炸物来开采金、铜和铁矿石。在受保护的驾驶舱内，矿工操作一对机械臂放置炸药，而控制室后方的工程师和地质学家可以随着条件的变化远程提供实时建议。一旦炸药设置好，驾驶员将Avatel移开，并通过无线信号引爆。
窥探飓风之眼
Saildrone Explorer，由Saildrone提供
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为了了解飓风是如何加剧的，并更好地预测未来的灾难，科学家们需要关于风暴内部气压、空气和水温、湿度以及风况的数据。依靠太阳能和风能驱动的23英尺长的自主Saildrone，在今年9月首次进入4级飓风“Sam”的眼部，成为第一艘进入飓风之眼的机器人探测器。其仪器翼缩短以更好地承受极端条件，Saildrone船在高达120英里/小时的风速中提供了前所未有的画面和读数。全国各地的实验室已经在利用这个漂浮的瑞士军刀：它提供了卫星图像中缺失的海洋表面数据，NASA用于增强不完美的卫星读数并研究气候变化，NOAA用于调查阿拉斯加狭鳕的健康状况。
