Подрывные инновации: будущее технологий и общества

Проблемы и возможности

Разработка и использование технологий виртуальной реальности (VR) и дополненной реальности (AR) создают ряд проблем и возможностей, как для бизнеса, так и для частных лиц. Некоторые из ключевых проблем связанных с технологиями VR и AR:

– технические проблемы – разработка и использование технологий виртуальной и дополненной реальности могут быть технически сложными из-за отсутствия специализированного аппаратного и программного обеспечения, а также необходимости создания реалистичных и захватывающих виртуальных или дополненных сред. Для преодоления этих проблем может потребоваться разработка новых технологических процессов и подходов;

– безопасность и здоровье людей – технологии VR и AR должны исключать угрозу неприкосновенности частной жизни и защищать людей, как от системных нарушений безопасности, так и от недобросовестных пользователей. Важным фактором при использовании технологии виртуальной реальности является обеспечение того, чтобы здоровье людей не пострадало, а их психическое состояние было устойчивым;

– доступность – одной из проблем, связанных с технологиями виртуальной и дополненной реальности, является обеспечение их доступности для всех пользователей, независимо от их физических или когнитивных способностей. Это предполагает разработку специализированного аппаратного и программного обеспечения для удовлетворения потребностей различных пользователей.

Социальные и этические проблемы – технологии VR и AR будут оказывать всё более значительное влияние на общество, на повседневную жизнь и образ мыслей людей. Это включает в себя всё, от того, как мы общаемся и взаимодействуем друг с другом, до того, как мы получаем доступ к информации и потребляем ее. Большую угрозу сфера VR и AR представляет для совсем юных людей и молодёжи в части формирования ложных представлений в виртуальном мире и создания серьёзных проблем с адаптацией к вызовам реальной жизни. Разработка и использование технологий виртуальной и дополненной реальности может оказаться предметом злоупотребления, что может иметь серьезные последствия для частной жизни и автономии людей.

Повсеместное применение технологий виртуальной и дополненной реальности могут создать широкий спектр экономических возможностей, включая создание новых рабочих мест и отраслей в экономике, а также развитие существующего бизнеса. Поскольку технологии VR и AR становятся всё более распространенными, прозрачность разработки и постоянный диалог с общественностью необходимы, чтобы добиться понимания и доверия людей к этим технологиям.

Виртуальная реальность может революционизировать то, как мы трудимся и взаимодействуем с окружающим миром, от образования и обучения до развлечений и игр, она способна перенести нас в новые грандиозные миры, а потенциал этой технологии трудно себе вообразить.

Дополненная реальность способна, перенося цифровую информацию в нашу физическую среду бесшовным и интуитивно понятным способом, создавать новые и захватывающие возможности для образования, развлечений и разнообразного взаимодействия с окружающим миром. Согласно прогнозам компании «MarketsandMarkets», ожидается, что объём рынка дополненной реальности вырастет с 9,8 миллиарда долларов в 2020 году до 72,7 миллиарда долларов к 2025 году при среднегодовом темпе роста 44,5% в течение прогнозируемого периода. Дополненная реальность может сократить разрыв между цифровым и физическим мирами, улучшая то, как мы учимся, играем и познаем мир вокруг нас. Будущее светло для тех, кто готов принять эту потрясающую новую технологию.

В аналитической компании «Digi-Capital», считают, что VR и AR в 2022 году принесли 150 миллиардов долларов годового дохода, при этом прибыль VR составила 30 миллиардов долларов, а прибыль AR – 120 миллиардов долларов. Аналитики компании «Gartner» считают, что в 2023 году VR и AR принесут доход в размере 1,5 миллиарда долларов, а 50% корпоративного VR-контента будет потребляться через мобильные устройства.

С точки зрения скорости внедрения, применение технологий VR и AR находится на подъёме. Согласно опросу, проведённому международной сетью компаний «Deloitte», количество компаний, которые внедрили или планируют внедрить технологии виртуальной и дополненной реальности, увеличилось с 20% в 2018 году до 44% в 2022 году.

Глава 5. Возобновляемые источники энергии и устойчивость

Устойчивое развитие – это не тенденция, это необходимость. Принимая решения в области возобновляемых источников энергии и отдавая приоритет устойчивости во всех наших решениях, мы можем построить лучшее будущее для себя и для будущих поколений.

Автор

Обзор технологий возобновляемой энергетики

Технологии возобновляемой энергетики – это технологии, которые производят электричество или топливо из возобновляемых источников, таких как солнце, ветер, вода или биомасса. Эти технологии имеют следующие преимущества перед не возобновляемыми источниками энергии (ядерное топливо, уголь, нефть, газ):

– природоохранные – технологии возобновляемых источников энергии производят электричество или топливо без выбросов в окружающую среду парниковых газов или других загрязняющих веществ, что делает их более устойчивой и экологически чистой альтернативой традиционным источникам ископаемого топлива.

– экономические – технологии возобновляемой энергетики могут обеспечить более стабильный и предсказуемый источник электроэнергии или топлива, поскольку стоимость сырья (например, солнечного света, ветра или воды) обычно бесплатна, а поставки часто более стабильны, чем у ископаемых видов топлива;

– безопасность – технологии, использующие возобновляемые источники энергии помогут снизить зависимость государства от зарубежных источников природных ресурсов для генерации энергии, повысив энергетическую безопасность государства.

В последние годы проблема изменения климата привела к тому, что на международном уровне выработана концепция «предоставления по разумной цене надежной и экологически чистой энергии». Рассмотрим некоторые примеры использования технологий возобновляемых источников энергии:

– солнечная энергия – технологии солнечной энергии генерируют электричество или тепло из солнечных лучей. Сюда входят такие технологии, как фотогальванические панели, преобразующие солнечный свет в электричество, и солнечные тепловые системы, использующие солнечное тепло при производстве пара для выработки электроэнергии;

– энергия ветра – технологии ветроэнергетики вырабатывают электроэнергию, используя энергию ветра. Сюда входят ветряные турбины, которые используют энергию ветра для выработки электроэнергии, и ветряные насосы, которые используют ветер для перекачки воды или питания механических устройств;

– гидроэлектроэнергия – технологии гидроэнергетики вырабатывают электроэнергию, используя энергию движущейся воды, при течении рек или морских приливах. Сюда входят плотины гидроэлектростанций, которые используют силу падающей воды для генерации электроэнергии, и приливные турбины, которые используют для выработки электроэнергии в процессе морских приливов;

– энергия биомассы – технологии получения энергии из биомассы предполагают выработку электроэнергии или топлива путем сжигания органических материалов, таких как древесина, сельскохозяйственные культуры или отходы. Сюда входят такие технологии, как электростанции на дровах, которые сжигают древесину для выработки электроэнергии, а также биотопливо, которое производится из растительного материала и используется вместо бензина или дизельного топлива.

Согласно данным Международного энергетического агентства (МЭА), в 2019 году на возобновляемые источники энергии, такие как ветер, солнце, гидроэнергетика и биоэнергетика, пришлось около 90% новых мощностей в мировой энергетике. А по данным Глобального совета по ветроэнергетике, общая установленная мощность ветроэнергетики во всем мире в 2019 году достигла 706 ГВт, увеличение составило 16% по сравнению с 2018 годом.

По данным Управления энергетической информации США (EIA), в 2019 году возобновляемые источники энергии, включая гидроэлектроэнергию, биомассу, геотермальную энергию, солнечную энергию и ветер, обеспечили 11% от общего объёма производства электроэнергии в США. По данным EIA, с 2010 года мощность солнечной энергетики в коммунальном масштабе в США росла в среднем на 18% за год, в то время как рост мощности ветровой энергии составил в среднем 7% за год.

По данным Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), к 2030 году США смогут вырабатывать 20% своей электроэнергии за счёт ветра, а в 2050 году этот показатель приблизится к 35%.

В целом, технологии возобновляемых источников энергии обладают рядом преимуществ и могут сыграть важную роль в переходе к более устойчивой и экологически чистой энергетической системе. В дополнение к преимуществам вышеперечисленных технологий использования возобновляемых источников энергии, необходимо выделить несколько важных аспектов этих технологий:

– эффективность – технологии возобновляемых источников энергии различаются по своей эффективности, при этом некоторые технологии более эффективны в преобразовании сырья в электричество или топливо, чем другие. Например, солнечные панели, как правило, более эффективно трансформируют солнечный свет в электричество, чем ветряные турбины, которые преобразовывают в электричество силу ветра;

– масштаб применения – технологии использования возобновляемых источников энергии можно использовать в различных масштабах, от небольших систем, питающих один дом или небольшое предприятие, до крупных коммунальных проектов, вырабатывающих электроэнергию для целой сети потребителей.

– прерывистость – некоторые технологии возобновляемых источников энергии, такие как солнечная и ветровая, носят прерывистый характер в связи с тем, что они вырабатывают электроэнергию только тогда, когда светит солнце или дует ветер. Этим можно управлять за счет использования технологий накопления и хранения энергии или интеграции этих технологий с другими источниками электроэнергии;

– стоимость – стоимость технологий возобновляемой энергетики значительно снизилась в последние годы, что делает их более конкурентоспособными по сравнению с традиционной энергетикой, использующей для генерации электроэнергии ископаемое топливо. Однако первоначальная стоимость этих технологий всё ещё может быть экономически невыгодной для многих частных потребителей и предприятий.

По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), возобновляемые источники энергии могут обеспечить 66% мирового производства электроэнергии к 2030 году и 85% к 2050 году, при этом ожидается, что солнечная и ветровая энергия будут доминировать в структуре энергопотребления. Эффективность, масштаб применения, прерывистость и стоимость технологий использования возобновляемых источников энергии являются важными факторами, которые следует учитывать при оценке потенциала этих технологий для перехода к более устойчивой энергетической системе.

Рассмотрим некоторые из последних прорывных разработок в области возобновляемых источников энергии.

В 2023 году в области производства гидроэлектроэнергии была представлена новая технология: гидравлическая мини-турбина, напечатанная на 3D-принтере, или SETUR. Эта инновационная турбина не предусматривает применение традиционных лопастей, вместо этого формируя завихрение потока воды используемого в качестве источника энергии. Эта технология может быть эффективной и рентабельной при использовании в различных условиях, таких как реки, приливные течения, океанские течения и даже промышленные сточные воды или оросительные каналы. Кроме того, компактная и легкая конструкция напечатанной на 3D-принтере турбины делает её идеальной для использования в мегаполисах, где потребность в энергии высока, а водоснабжение легкодоступно. Ключевым принципом конструкции SETUR является угол рассеивания зазора между ротором и статором, что имеет решающее значение для выработки электроэнергии. Ротор может вращаться над краевой конструкцией контейнера, и когда жидкость течёт по нему, нестабильность поля завихрённости потока заставляет жидкость вращаться, тем самым вырабатывая энергию. Технология всё ещё находится в стадии разработки и тестирования, но это многообещающее решение для устойчивого производства энергии в будущем.

В 2023 году исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) разработали новую технологию под названием «Вращающийся генератор», представляющую собой цилиндрический трибоэлектрический наногенератор (TENG), который использует энергию океанских волн для питания датчиков и других устройств. TENG – это сборка для выработки электроэнергии, которая может преобразовывать энергию волн в электрическую энергию, что имеет решающее значение для мониторинга океанских экосистем и изменения климата. Основная проблема систем наблюдения за океаном, состоящих из нескольких датчиков и спутниковой связи, заключается в том, что они в основном питаются от батарей с ограниченным сроком службы, поэтому необходимо разработать решение для сбора энергии океанских волн. Вращающийся генератор использует запатентованный цилиндрический трибоэлектрический наногенератор с умножением частоты (FMC-TENG), который более эффективно преобразует медленные однородные волны в энергию. Эта технология идеально подходит для питания устройств в океанских операциях, где мониторинг и доступ затруднены. Прототип FMC-TENG смог произвести достаточную мощность для запуска небольшой электроники, такой как датчики температуры и акустические резонаторы. Кроме того, FMC-TENG имеет малый вес и может работать как на свободно плавающих установках, так и на пришвартованных платформах. Ожидается, что будет реализовано крупномасштабное коммерческое использование вращающихся генераторов, которое будет достаточно мощным, чтобы поддерживать всю съёмку в открытом океане.

В 2023 году швейцарский стартап «Sun-Ways» разработал уникальное решение по использованию солнечной энергии для электроснабжения поездов путём размещения фотоэлектрических панелей между железнодорожными путями. Система, разработанная в сотрудничестве с Федеральной политехнической школой Лозанны и швейцарским агентством инноваций «Innosuisse», состоит из, предварительно собранной, механической конструкции, которую можно загрузить на поезд и установить между путями. Панели также легко снимаются и вывозятся для обслуживания. Потенциал этой системы огромен, учитывая, что железнодорожная сеть только в Швейцарии простирается почти на 7000 километров, система может генерировать до 1 ТВтч солнечной энергии. Компания также планирует расширить обслуживание железнодорожной сети протяженностью 260 000 километров в Европе и 1,16 миллиона километров по всему миру.

В 2023 году учёные из Швейцарского федерального технологического института разработали устройство, которое может извлекать газообразный водород из влажного воздуха с помощью солнечной энергии. Устройство, называемое фотоэлектрохимической ячейкой, работает, имитируя фотосинтез – процесс, посредством которого растения преобразуют энергию света в химическую энергию. Устройство использует прозрачные электроды и полупроводниковые материалы для захвата и использования солнечного света для расщепления молекул воды на водород и кислород. Полученный водород можно использовать в качестве чистого и устойчивого источника топлива. Устройство всё ещё находится в стадии разработки и требует дополнительных исследований для повышения его эффективности.

Потенциальное воздействие на энергетику и окружающую среду

Согласно Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИКООН), возобновляемые источники энергии составляли 26,2% мирового производства электроэнергии в 2018 году и, как ожидается, к 2050 году достигнут 84%.

Внедрение технологий использования возобновляемых источников энергии может оказать значительное влияние, как на энергетику, так и на окружающую среду. Каким же окажется воздействие технологии возобновляемых источников энергии на энергетику и окружающую среду?

В энергетике внедрение технологий использования возобновляемых источников энергии может привести к значительным изменениям в энергетической отрасли экономики, поскольку эти технологии вытесняют традиционные источники ископаемого топлива. Это может включать вывод из эксплуатации электростанций, работающих на ископаемом топливе, развитие новой инфраструктуры для поддержки технологий возобновляемой энергетики, а также создание новых рабочих мест и отраслей, связанных с этими технологиями. Наряду с этим, могут возникнуть проблемы с обеспечением занятости населения в регионах, где массово производится добыча ископаемого топлива.

Использование технологий возобновляемых источников энергии поможет сократить выбросы в атмосферу продуктов горения, парниковых газов и других загрязняющих веществ, что окажет положительное влияние на окружающую среду, а также будет способствовать переходу на более устойчивую энергетическую систему. Снижение загрязнённости воздуха позволит улучшить качество жизни людей и будет полезно для здоровья, а также позволит смягчить последствия изменения климата.

Потенциальное воздействие технологий возобновляемых источников энергии на энергетику и окружающую среду является значительным, и эти технологии, вероятно, получат дальнейшее развитие в будущем. Помимо прямого воздействия технологий использования возобновляемых источников энергии на энергетику и окружающую среду, существует ряд сопутствующих эффектов от применения этих технологий, к ним относятся:

– развёртывание – технологии использования возобновляемых источников энергии требуют развития новой инфраструктуры и их интеграции в существующую энергетическую систему. Это может быть сложным и трудным процессом, который потребует участия широкого круга заинтересованных сторон, включая транснациональные компании, правительства, коммунальные службы, предприятия и сообщества;

– инвестиции – внедрение технологий возобновляемой энергетики часто требует значительных предварительных инвестиций, что может стать препятствием для некоторых частных лиц и предприятий. Эту проблему можно решить с помощью стимулирования субсидий или налоговых льгот, для поощрения внедрения этих технологий;

– общественная поддержка – внедрение технологий использования возобновляемых источников энергии до сих пор является предметом оживлённых дискуссий и споров, и важно обеспечить широкую общественную поддержку развития этих технологий. Широкое освещение в СМИ преимуществ этих технологий, взаимодействие с заинтересованными сторонами помогут разрешать возникающие проблемы во благо обществу.

Развёртывание, инвестиции и общественная поддержка технологий возобновляемой энергетики являются ключевыми факторами, которые будут влиять на успех этих технологий в переходе к более устойчивой мировой энергетической системе.

Существует много видов возобновляемых источников энергии, которые могут быть реализованы в будущем. Область применения возобновляемой энергетики будет расширяться за счет использования всё новых источников энергии:

– солнечная энергия – использование солнечного света;

– энергия ветра – использование силы ветра;

– гидроэнергетика – использование падающей воды;

– геотермальная энергия – использование тепла недр Земли;

– энергия биомассы – использование органических материалов, таких как древесина или сельскохозяйственные отходы;

– энергия океана – использование океанских приливов, волн и разницы температур;

– водородные топливные элементы – использование водорода для выработки электроэнергии посредством химической реакции;

– передовая ядерная энергетика – использование небольших модульных реакторов.

В 2023 году группа исследователей из Мичиганского инженерного университета разработала новый метод производства водородного топлива с использованием процесса расщепления «солнечной воды». Они создали солнечную панель с эффективностью 9% для преобразования воды в водород и кислород. Команде удалось уменьшить размер полупроводника, ключевого компонента устройства, более чем в 100 раз по сравнению с исходным образцом. Новый метод также улавливает ранее потерянный рассеянный свет, увеличивая количество собираемой энергии и повышая общую эффективность процесса. Технология направлена на снижение стоимости более чистых материалов для производства водородного топлива, а также на повышение эффективности переработки углекислого газа в более чистое топливо.