为了将全球气温升幅控制在1.5摄氏度以内，我们需要在2035年前将排放量减半——尽管我们今年很可能会再次创下燃烧化石燃料的最高纪录。尽管如此，今年获奖项目所展现出的杰出工程技术，为我们应对挑战的能力带来了希望。一种新型热能电池将使我们能够脱碳化工业流程中用于生产水泥到化学品等一切产品的热量。如今价格低廉的激光器正帮助我们使用可再生电力将矿石转化为纯铁，用于炼钢。食品领域的挑战催生了各种创新：与其将农业废弃物运往垃圾填埋场分解，不如创造一种收割机式机器人，将其加工成能封存碳、改良土壤的生物炭？为了防治病虫害，一种名为mRNA干扰的技术使生物工程师能够为一种特别有害的甲虫创造精确的毒剂。今年食品领域最令人惊叹的成就，可能是一种由人工智能配制的、真正美味的纯素奶酪。
（编辑注：这是《Popular Science》第37届年度“最佳新产品”奖项的一部分。请务必阅读2024年50项最伟大创新品的完整列表。）
最高荣誉奖
Electrified Thermal Solutions (ETS) 的 Joule Hive “耐火砖”热能电池：21世纪的清洁耐火砖
虽然风能和太阳能的成本在下降，但电池成本仍然是经济脱碳化的一个长期障碍。毕竟，太阳并非时刻照耀，风也并非时时吹拂。对于水泥、钢铁、玻璃和化工生产等需要极高温度、通常24/7运行熔炉的重工业而言，这一问题尤其突出。重工业生产热量所燃烧的化石燃料，占全球二氧化碳排放量的约17%。
解决这一问题的令人印象深刻的方案是Joule Hive，它是青铜时代一项技术在21世纪的应用：耐火砖，在绝缘结构中储存热量。Joule Hive利用清洁电力在一个集装箱大小的箱体内，通过高温陶瓷砖维持高达3270华氏度的温度。箱体内的通道通过冷空气流将热量输送到工厂的生产流程，Joule Hive将冷空气加热到近乎火焰的温度。近十年的麻省理工学院研究，成功调整了金属氧化物，使其能够作为Joule Hive耐火砖。这些砖由某些导电化合物与提供保温的绝缘化合物交织而成，以储存热量。
与老式烤面包机不同，烤面包机的发热元件通过空气氧化最终会烧毁，而Joule Hive耐火砖已经过氧化。这项古老技术的现代化改造，使得Joule Hive能够达到更高的温度，并且比竞争对手维护成本更低。斯坦福大学最近的一项研究发现，如果Joule Hive在世界范围内广泛应用，通过可再生电力加热的耐火砖可以消除重工业为获取热量所燃烧的化石燃料的90%。ETS将首次将Joule Hive商业化安装在2025年位于圣安东尼奥西南研究院。
Applied Carbon 的移动生物炭农场机器人：收集农业废弃物并就地转化为生物炭
在从环境中移除最多碳的十家公司中，有九家使用了生物炭的现代版本，这是一种古老的方法。在缺氧环境下加热木材残渣或特别致密的农业废弃物（如坚果壳）——这个过程称为热解——将生物质转化为黑色碳，也称为生物炭，细菌和真菌无法进一步分解。但存在规模化问题：没有足够的致密木材废弃物来封存数十亿吨碳。
Applied Carbon 的突破在于开发了一种新的热解室，它可以处理玉米、小麦和糖收割后产生的海量废弃物，尽管秸秆、谷壳和树叶堆并不十分致密。Applied Carbon机器人就地对废弃物进行热解，产生合成气作为有用的副产品，机器人会对其进行净化，然后燃烧以帮助在燃烧室内维持高于1400华氏度的温度。在同一田地生产并沉积生物炭，可以节省将材料运往中心设施再返回的额外排放和成本。今年夏天，该公司在德克萨斯州的玉米田部署了四台机器人，将废弃物加工成生物炭并出售碳信用。
从长远来看，该公司计划销售或租赁更大版本的机器人，估计仅来自世界主要农作物的废弃物每年就可以封存约20亿吨二氧化碳作为生物炭。联合创始人Jason Aramburu半开玩笑地将他未来的车辆比作《星球大战》中的Jawa爬行者——只不过他的是搜集秸秆和玉米芯，而不是死去的机器人。
GreenLight Biosciences 的 Calantha：利用信使RNA干扰的精确生物农药
科罗拉多马铃薯甲虫是最贪婪、最抗药的害虫之一，以番茄、茄子、甜椒以及土豆为食。该虫已对数十种化学物质产生抗药性，每年造成全球约5亿美元的作物损失。Calantha由GreenLight Biosciences开发，它不是通过升级化学品军备竞赛来制造更强、剂量更高的化学品来杀死它，而是通过精确瞄准，干扰甲虫体内关键蛋白质的繁殖。这种精确靶向的农药非常有效。更好的是，GreenLight Biosciences的研究人员查阅了生物信息学数据库，找到了合适的基因进行干扰，以避免对蜜蜂和其他无害物种造成附带损害。
Calantha是2006年诺贝尔奖得主研究成果的应用，它由双链RNA组成，农民可以像使用普通农药一样将其“添加到”常规喷雾器中。甲虫摄入RNA，通过与编码PSMB5基因（该基因对清除受损蛋白质至关重要）的信使RNA指令结合，触发干扰。然后，这些mRNA在甲虫的肠道细胞中被降解，导致受损蛋白质在昆虫体内积累到致命水平。
尽管取得了成功，Calantha也并非免疫于甲虫产生抗性的威胁，因此GreenLight建议农民将Calantha与常规农药轮换使用。尽管如此，该公司认为任何减少化学品使用的技术都将是消费者接受度的主要驱动因素。Calantha已售罄前两批产品，并已占据马铃薯甲虫农药市场10%以上的份额。
Climax Foods 的纯素奶酪：由人工智能配制的植物基蓝纹、布里和菲达奶酪
奶酪的温室气体足迹比猪肉或鸡肉更糟糕，但直到现在，纯素食品制造商也未能破解其风味、质地和整体美味的秘诀。为了解决这个问题，总部位于加州的Climax Foods建立了一个奶酪特性（如气味和拉伸性）的指标训练集。然后，他们利用人工智能和奶酪制作师的经验，开发出能够达到与奶酪相同标准的植物基配方。
米其林星级厨师Dominique Crenn称，用南瓜籽、大麻蛋白粉、利马豆和椰子油等顶级原料制成的蓝纹奶酪，“超出了纯素奶酪的想象”。Climax成为首家获得备受赞誉的Good Food奖的纯素奶酪制造商——尽管由于奶制品行业的投诉，该奖项在最后一刻被撤销，这与非乳制品行业面临的保护主义和法律伎俩如出一辙。
目前，Climax正试图扩大生产规模以利用良好的宣传，尽管它也面临着在寻求额外投资“跑道”期间的裁员。该公司与“笑牛”制造商Bel Group以及另一家尚未命名的生产商达成了许可协议。与此同时，该蓝纹奶酪在线上以及加州、纽约市和拉斯维加斯精选餐厅有售。
Limelight Steel 的激光熔炉：激光处理铁矿石以生产钢铁，减少95%的排放
1985年，一个1瓦的激光器大约需要100万美元。如今，相同尺寸的激光器仅需1美元。总部位于奥克兰的Limelight Steel正利用这项“激光器的摩尔定律”来改造铁矿石炼钢工艺，以减少排放。毕竟，全球75%的钢铁生产行业仍然使用煤炭高炉，而整个行业约占全球排放量的8%。Limelight Steel工艺通过镜子和透镜将激光导向矿石表面，将其加热到2800华氏度以上。激光产生的专有条件，无需碳或昂贵的绿色氢气作为“保安”将多余的氧气带走，就能打破矿石中铁和氧之间的化学键。然后，Limelight采用标准的炼钢技术，在溶液顶部形成杂质炉渣，让致密的纯铁通过下方的通道流出。最后，钢铁制造商将纯铁与少量碳和其他元素合金化，生产出不同等级的钢材。
首席技术官兼联合创始人Andy Zhao表示，激光器将电力转换为光能的效率接近70-80%。当使用可再生电力供电时，与 传统炼钢相比，该工艺产生的排放量减少了95%。Limelight已获得美国能源部ARPA-E的290万美元赠款以展示概念验证，目前正计划于2025年建造一个年产能100吨的中试工厂。
