רובוטים חברתיים, דשנים חכמים ויעילים יותר, כורים גרעיניים בטוחים, וגם עדשות קטנות במיוחד ואמצעי אחסון של אנרגיה מתחדשת. טכנולוגיות חדשות עומדות לשנות את העולם המוכר לנו

בקרוב מאוד, תופתעו לגלות כמה מהר, אחת מהטכנולוגיות המבטיחות שאנו מציגים היום תפגיש אתכם עם רובוטים דמויי אדם (ודמויי חיות) שתוכנתו לנהל קשרים חברותיים עם אנשים. היומיום שלנו ישתלבו ממש בקרוב גם עדשות זעירות שיסללו את הדרך למצלמות מיניאטוריות ולמכשירים אחרים; דשנים חכמים שיספקו יותר מזון עם פחות זיהום סביבתי; בתחום האנרגיה ייכנסו לשימוש כורים גרעיניים קטנים ובטוחים יותר שעשויים לחדש את התמיכה הציבורית באנרגיה הגרעינית; ואמצעי אחסון אנרגיה יאפשרו ניצול טוב יותר של החשמל המופק מהרוח ומהשמש.

סיינטיפיק אמריקן, בשיתוף הפורום הכלכלי העולמי, כינס קבוצת היגוי בינלאומית של מומחים מובילים בטכנולוגיה, לתהליך מעמיק שנועד לזהות את "הטכנולוגיות המבטיחות ביותר" של השנה החולפת. קבוצת ההיגוי ביקשה הצעות גם ממומחים נוספים ברחבי העולם, ובחנה עשרות רעיונות. היא התמקדה בכמה קריטריונים עיקריים: האם הטכנולוגיות המוצעות עשויות להציע תועלת ניכרת לחברה ולכלכלה? האם תוכלנה לשנות את האופן שבו דברים פועלים כעת? האם הן נמצאות עדיין בשלבי פיתוח מוקדמים אבל כבר מעוררות עניין רב מצד מעבדות מחקר, חברות או משקיעים? האם סביר להניח שנראה בהן התקדמות משמעותית בשנים הקרובות? הקבוצה חיפשה מידע נוסף בהתאם לצורך והשחיזה את הרשימה  בארבע פגישות מקוונות.

אנו מקווים שתהנו מהתוצאה. נשמח אם תגיבו.

–  מרייט די-כריסטינה וברנרד ס' מאירסון, יו"רי ועדת ההיגוי

רובוט מלווה קשישהרובוטים כבני לוויה | איור: ונסה ברנצ'י

הנדסה: רובוטים חברתיים

חברים ועוזרים אנדרואידיים משתלבים בצורה יותר ויותר עמוקה באורח חיינו

רובוטים בתעשייה וברפואה בונים, מפרקים ובוחנים דברים מדי יום ביומו. הם גם עוזרים בניתוחים ומחלקים תרופות מרשם בבתי מרקחת. אך גם הם וגם רובוטים "חברתיים" – שתוכננו מראש לתקשר עם בני אדם וליצור קשר רגשי – אינם מתנהגים כמו עוזרת הבית של משפחת סילוני (The Jetsons), כמו רוזי, או כמו רובוטים אהובים אחרים מהכרנו במדיה. ובכל זאת, אפשר לצפות שבשנים הקרובות הרובוטים החברתיים יהפכו יותר ויותר מתוחכמים ונפוצים. נראה שהתחום הגיע לנקודת מפנה, שבה כישורי האינטראקציה של הרובוטים השתכללו והם מבצעים יותר משימות שימושיות מאשר אי פעם בעבר.

כמו רוב הרובוטים, רובוטים חברתיים משתמשים בבינה מלאכותית כדי לקבוע איך יגיבו למידע שקיבלו דרך מצלמות וחיישנים אחרים. היכולת להגיב בצורות שנראות אנושיות הושגה באמצעות מחקרים שבדקו שאלות כמו איך נוצרת תפיסה, מה אנו תופסים כתבונה חברתית ורגשית, ואיך אנשים מסיקים מה חושבים ומה מרגישים אנשים אחרים.

שיפורים בבינה המלאכותית אפשרו למתכנתים לתרגם תובנות פסיכולוגיות ונוירולוגיות לאלגוריתמים שמאפשרים לרובוטים לבצע פעולות רבות. הם מזהים קולות, פרצופים ורגשות, מפרשים דיבור ותנועות גוף, מגיבים לסמלים מילוליים ולא מילוליים מורכבים, יוצרים קשר עין, משוחחים בשטף ומתאימים את עצמם לצרכיהם של אנשים על ידי למידה ממשוב, גמול וביקורת.

מקשישים ועד ילדים קטנים

בעקבות זאת, מגוון התפקידים שרובוטים חברתיים ממלאים מתרחב והולך. לדוגמה, רובוט דמוי אדם בשם פפר (SoftBank Robotics), שגובהו 120 סנטימטר, מזהה פרצופים ורגשות אנושיים בסיסיים ויוצר שיחה דרך לוח מגע בחזה שלו. בערך 15 אלף פפרים ברחבי העולם מספקים שירותים כמו קבלת לקוחות בבתי מלון, שירות לקוחות בשדות תעופה, עזרה בקניות ושירותי קופה במסעדות מזון מהיר. תֵמִי (Temi USA) ולוּמוֹ (Segway Robotics) הם הדור הבא של העוזרים האישיים – מעין גרסה ניידת של אמזון אקו וגוגל הום, שמספקת רמה חדשה של שימושיות. לומו, לדוגמה, הוא לא רק בן לוויה אלא גם יכול להפוך לפי פקודה לסגוויי (רכינוע) לרכיבה.

רובוטים חברתיים קורצים במיוחד לצרכיה של האוכלוסייה הגדלה והולכת של הקשישים בעולם. הרובוט הטיפולי פארו (PARO, שפותח במכון הלאומי למדע וטכנולוגיה תעשייתיים מתקדמים ביפן), ונראה כמו כלב ים חמוד, נועד לספק גירויים ולהרגיע חולי אלצהיימר ומאושפזים אחרים במוסדות סיעודיים: הוא מניע את ראשו בתגובה לשמו ומבקש שילטפו אותו. מָאבּוּ (Catalia Health) מתקשר עם המטופלים, ובמיוחד עם הקשישים שביניהם, בתור עוזר בריאות, ומזכיר להם לצאת לטייל, לקחת תרופות ולהתקשר לקרובי משפחה.

רובוטים חברתיים נכנסים לאופנה גם אצל צרכני צעצועים. ניסיונות קודמים לשלב התנהגות חברתית בצעצועים, כמו ה-Baby Alive של חברת הסברו והכלב הרובוטי AIBO של סוני, לא זכו להצלחה מרובה. אבל שניהם קמים כעת לתחייה. לגרסה האחרונה של AIBO יש כישורים משוכללים של זיהוי קול ותנועות, אפשר ללמד אותה פעלולים והיא גם מפתחת התנהגויות חדשות בהתבסס על מגעים קודמים עם הילד.

המכירות של רובוטים למשתמשים פרטיים ברחבי העולם הגיעו כבר לכ-5.6 מיליארדי דולרים ב-2018 והשוק צפוי לגדול ל-19 מיליארד דולר עד סוף 2025, עם קצב מכירות שנתי של יותר מ-65 מיליון רובוטים. המגמה הזאת עשויה להישמע מפתיעה בהתחשב בכישלונותיהן של כמה וכמה חברות איתנות כלכלית שמייצרות רובוטים לצריכה פרטית, כמו Jibo ו-Anki. אבל גל של רובוטים חדשים עומד לתפוס את מקומם של קודמיהם הכושלים, ביניהם "באדי" (Blue Frog Robotics) – מכשיר נייד עם עיניים גדולות שמשחק משחקים ובנוסף משמש עוזר אישי ומספק אוטומציה לבית ושירותי שמירה.

קורינה א' ליית'ן וג'פרי לינג

סביבה: ביופלסטיק למען כלכלה מעגלית
פחות מ-15 אחוז מפסולת הפלסטיק בעולם כיום ממוחזרת. כל השאר מצטבר במטמנות או בסביבה ויוצר מפגעים חמורים ביבשה ובים. הפתרון יכול לבוא מביו-פלסטיק מתכלה, שנוצר מפסולת ביולוגית ויכול להתפרק אליה בחזרה במעין כלכלה מעגלית. פריצות דרך מעודדות שהתרחשו לאחרונה בהפקת פלסטיק מתאית או מליגנין (החומר היבש של צמחים) מבטיחות שאולי נוכל לייצר בעתיד חומרים קשיחים מספיק, אך גם מתכלים, שיחליפו את הפלסטיק הקיים המבוסס על נפט.
– ג'ניפר גרסיה מרטינז

עדשה זעירה שוברת אורמטא-עדשה שוברת אור | איור: ונסה ברנצ'י

הנדסה: עדשות זעירות למכשירים מיניאטוריים

מטא-עדשות דקות ושטוחות יכולות להחליף את הזכוכית מגושמת כשצריך להסיט אור

בשעה שטלפונים, מחשבים ומכשירים אלקטרוניים אחרים מתכווצים משנה לשנה, המרכיבים האופטיים שלהם סירבו עד כה בעקשנות להצטמק. ואכן קשה לייצר עדשות זעירות בטכנולוגיות המסורתיות של חיתוך זכוכית ועיבודה. ולא פעם צריך למקם בקפידה את המרכיבים של עדשות זכוכית כדי שימקדו אור כהלכה.

מהנדסים פענחו לאחרונה את הפיזיקה העומדת מאחורי תחליפים קטנים וקלים יותר הקרויים מטא-עדשות. עדשות כאלה עשויות לאפשר לנו למזער עוד יותר מיקרוסקופים וכלי מעבדה אחרים, כמו גם מוצרי צריכה כמו מצלמות, מערכות מציאות מדומה וחיישנים אופטיים עבור האינטרנט של הדברים. והן עשויות לשדרג את תפקודם של סיבים אופטיים.

מטא-עדשה מורכבת ממשטח שטוח, בעובי שאינו עולה על מיקרון אחד, שמכוסה במערך של עצמים ננומטריים, כגון עמודים שבולטים ממנו או חורים שנקדחו בו. כשאור פוגע בעצמים האלה, הוא משנה רבות מהתכונות שלו – כגון קיטוב, עוצמה, פאזה וכיוון התקדמות. חוקרים יכולים למקם את העצמים הננומטרים בדיוק רב, כדי שהאור היוצא מהמטא-עדשה יקבל תכונות מסוימות. מעבר לכך, המטא-עדשות דקות עד כדי כך שאפשר להניח כמה מהן זו על גבי זו בלי להשפיע כמעט על גודלן. חוקרים המחישו שאפשר לבנות מכשירים אופטיים כמו ספקטרומטרים ופולרימטרים המבוססים על שכבות רבות של משטחים כאלה.

בפריצת דרך שנרשמה בשנה שעברה, חוקרים פתרו בעיה שנקראת סטייה כרומטית. כשאור לבן עובר דרך עדשה טיפוסית, קרניים באורכי גל שונים מוסטות בזוויות שונות ולכן המוקדים שלהן מפוזרים במרחקים שונים מהעדשה; כדי לתקן את זה, מהנדסים נדרשים כיום להשתמש בשכבות רבות של עדשות בסידור קפדני. כעת תוכל מטא-עדשה יחידה למקד את כל אורכי הגל של האור הלבן, כלומר כל הצבעים הנראים, לאותה נקודה. נוסף על העדשה הא-כרומטית, חוקרים פיתחו מטא-עדשות שמתקנות גם סטיות אחרות, כמו קומה (פגם אופטי שמתבטא במעין שובל דמוי שביט) ואסטיגמציה, שיוצרות עיוותים וטשטושים.

נוסף על עצם המזעור, מטא-עדשות אמורות בסופו של דבר להוזיל את מחירי הרכיבים האופטיים, שכן אפשר לייצר את העדשות הקטנות באותו ציוד שמשמש כיום בתעשיית החצי-מוליכים. היכולת הזו מעלה את האטרקטיביות של ייצור משולב של מרכיב אופטי ומרכיב אלקטרוני של חיישן אור זה לצד זה, למשל.

אולם בינתיים העלויות עדיין גבוהות, כי קשה למקם במדויק עצמים ננומטריים על שבב בגודל של סנטימטר. יש גם מגבלות אחרות שדורשות התייחסות. נכון לעכשיו יעילות העברת האור של מטא-עדשות אינה משתווה לזו של עדשות מסורתיות – דרישה חשובה עבור שימושים כמו צילום צבעוני. בנוסף, הן קטנות מדי לקלוט כמות גדולה של אור, כך שלפחות בינתיים הן לא מתאימות לצילום באיכות גבוהה.

עם זאת, בשנים הקרובות העדשות הזעירות יעשו כנראה את דרכן לחיישנים קטנים, קלים יותר לייצור, מכשירי אבחון כמו מצלמות אנדוסקופיות וסיבים אופטיים. היישומים הפוטנציאליים הללו מפתים מספיק כדי לעודד גופים ממשלתיים וחברות כמו סמסונג וגוגל להשקיע במחקר בתחום הזה. לפחות חברת הזנק אחת, Metalenz, צפויה להתחיל לשווק מטא-עדשות כבר בשנים הקרובות.

אלברטו מוסקטלי

רפואה: תרופות שפועלות על חלבונים חסרי מבנה
חלבונים חסרי מבנה הם קבוצה של מולקולות פעילות בתאים של יצורים חיים, שהגמישות המבנית שלהן מעניקה להן פונציאל תפקודי מיוחד, אך גם עלולה ליצור מחלות כשפעילותם משתבשת. המבנה הלא קבוע שלהם מקשה לפתח תרופות שיזהו אותם ויפעלו עליהם. חוקרים עושים כיום מאמץ מיוחד לזהות תרכובות  שירסנו את פעילות החלבונים הללו ואולי אף ישמשו תרופות נגדם. חברות שוקדות כעת לפתח תרופות לחלבונים חסרי מבנה הקשורים לגידולי מיאלומה סרטניים, סרטן הריאות, מחלת אלצהיימר, מחלות ניוון עצבי ועוד, והתקווה היא שתוך שלוש-חמש שנים כבר נדע לפצח את החלבונים העמידים-לתרופות הללו.
– אליזבת' או'דיי

טרקטור מדשן שדהדישון יעיל ישפר את התנובה | איור: ונסה ברנצ'י

סביבה: דשנים חכמים להפחתת זיהום הסביבה

חומרים חדשים מספקים לצמחים מזון לפי דרישה

כדי להזין את האוכלוסייה ההולכת וגדלה בעולם, חקלאים צריכים להגדיל את תנובת יבוליהם. הוספת דשן עשויה לעזור. אבל החומרים המקובלים אינם יעילים ולא פעם גם מזיקים לסביבה. למרבה המזל, זמינים כיום מוצרים בטוחים יותר לסביבה – דשנים בשחרור מבוקר – והם הופכים יותר ויותר חכמים.

חקלאים נוהגים לדשן יבולים בשתי דרכים. הם מרססים את השדות באמוניה, שתנן או חומרים אחרים שיוצרים בתגובה כימית עם מים חנקן, שמשמש להזנת הצמחים. כמו כן הם מצרפים גרגירי אשלג ומינרלים אחרים כדי לייצר אשלגן, גם הוא בתגובה עם מים.

הבעיה היא שרק מעט יחסית מחומרי המזון האלה מגיעים לצמחים. במקום זה חלק ניכר מהחנקן מגיע לאטמוספרה בגזי חממה, ואשלגן מוצא את עצמו באגני נהרות, שם הוא מעודד לעיתים קרובות צמיחה לא מבוקרת של אצות ויצורים אחרים. לעומת זאת, חומרים מהונדסים בשחרור מבוקר מבטיחים ששיעור הרבה יותר גבוה מחומרי המזון יגיע אל הגידולים, וכך יבטיח תנובה גבוהה יותר עם פחות דשן.

קיימים בשוק כבר תקופה מסוימת סוגי דשן שנקראים דשן בשחרור איטי. החומרים האלה מורכבים לרוב מכמוסות קטנות המלאות בחומרים המכילים חנקן, אשלגן וחומרי מזון רצויים נוספים. המעטפת החיצונית משהה את הקצב שבו מים יכולים לחדור אל תוכן הכמוסה כדי לשחרר את חומרי המזון, וכן את הקצב שבו התוצרים הסופיים משתחררים מהכמוסה. כתוצאה מכך, חומרי המזון מופצים בהדרגה, במקום בשטף מהיר ובזבזני שלא יכול להיספג ביעילות. חומרים חדשים יותר כוללים חומרים שמשהים אף יותר את הפצת חומרי המזון, על ידי כך שהם מעכבים את המרת חומרי הבסיס, כגון שתנן, לחומרי מזון.

דשן שלא ממהר

לאחרונה פותחו דשנים שעונים טוב יותר על ההגדרה "שחרור מבוקר" – בזכות חומרים מתוחכמים וטכניקות ייצור משוכללות שמאפשרות לכוונן את התרמיל שבתוכו מצוי החומר וכך לשנות בהתאם לצורך את קצב שחרור חומרי המזון כשחלים שינויים בטמפרטורה, בחומציות ובלחות של האדמה. שילוב של כמה סוגי כמוסות מכווננות מאפשר ליצרנים לפתח דשנים בפרופילים התפורים לצרכים הייחודיים של היבול או של סביבת הגידול. חברות כמו קבוצת חיפה ו-ICL Specialty Fertilizer מציעות שליטה יותר ויותר מדויקת. חיפה, לדוגמה, קושרת את קצב שחרור חומרי המזון לטמפרטורה בלבד – כשהטמפרטורה עולה, קצב גידול היבול ושחרור חומרי המזון עולים בעת ובעונה אחת.

אף על פי שטכנולוגיות של שחרור מבוקר יוצרות דשנים יעילים יותר, הן לא מבטלות את החסרונות הנובעים מעצם השימוש בדשנים. לדוגמה, המוצרים עדיין כוללים אמוניה, שתנן ואשלג. ייצור החומרים האלה דורש הרבה אנרגיה, כך שייצורם תורם ליצירת גזי חממה ולשינוי האקלים.

אפשר למתן את ההשפעה הזאת על ידי שימוש במקורות חנקן ידידותיים יותר לסביבה, ושילוב של מיקרו-אורגניזמים שמשפרים את יעילות הספיגה של החנקן והאשלגן בצמחים. אין ראיות לכך שהחומרים שמהם התרמילים מורכבים פוגעים בסביבה, אבל זה מקור סכנה אפשרי שיש לעקוב אחריו בכל פעם שחומר חדש נכנס לשימוש בהיקף נרחב.

דשנים בשחרור מבוקר הם חלק מגישת בר-קיימא בחקלאות שנקראת חקלאות מדויקת. הגישה הזאת מעלה את תפוקת היבול ומצמצמת שחרור יתר של חומרי מזון על ידי שילוב של ניתוח נתונים, בינה מלאכותית ומגוון מערכות חישה, במטרה לקבוע בדיוק כמה דשן ומים הצמחים צריכים בכל רגע ורגע ובעזרת כלי רכב אוטונומיים שיספקו את החומרים במקום הדרוש ובכמות הרצויה. אולם יקר להתקין מערכות מדויקות, כך שהן זמינות רק למבצעים רחבי היקף. לעומת זאת, דשנים מתקדמים בשחרור מבוקר אינם יקרים יחסית ויכולים לשמש טכנולוגיית קו ראשון שתעזור לחקלאים לשפר את תפוקת היבולים באופן בר-קיימא.

ג'ף קארבק

מחשבים: נוכחות מתוקשרת משותפת
האפשרות להיות נוכחים באופן וירטואלי במקומות רחוקים עשויה לשנות בשנים הקרובות את הדרך שבה אנו עובדים, משחקים או מבלים, ולבטל את הצורך בנוכחות פיזית. כבר כעת טכנולוגיות המציאות הרבודה והמציאות המדומה מתקדמות בצעדי ענק לאפשר התפתחות בכיוון הזה, וגם רשתות התקשורת הופכות יותר ויותר מהירות כדי לאפשר את רוחב הפס הדרוש לתקשורת כזאת. יזמים משכללים חיישנים מתקדמים שפועלים ללא השהיה ויאפשרו כבר בתוך שלוש-חמש שנים שנים נוכחות משותפת במרחב וירטואלי אמין. במאמצים האלה מעורבות חברות כמו מיקרוסופט, ו-XPRIZE השיקו תחרות עולמית לפיתוח אווטארים, עם פרס של עשרה מיליון דולר.
– קורינה א' ליית'ן ואנדרו מיינרד

כור גרעיניכור גרעיני. מענה לחששות? | איור: שאטרסטוק

כורים גרעיניים בטוחים יותר

דלקים עמידים וכורים חדישים יכולים לאפשר את התחייה מחדש של הכוח הגרעיני

כדי לשלוט ברמת הפחמן באטמוספרה עלינו לשלב כמה סוגים של טכנולוגיות לייצור אנרגיה – כולל כורים גרעיניים, שאינם פולטים פחמן אבל מעוררים חששות בגלל תאונות ענק שאירעו בעבר. ייתכן שאפשר לצמצם מאוד את הסכנה.

במשך עשרות שנים השתמשן הכורים הגרעיניים המסחריים באותו דלק: כדוריות אורניום דו-חמצני קטנות בתוך מוטות גליליים ארוכים שעשויים מסגסוגת זירקוניום. הזירקוניום מאפשר לניטרונים שנוצרים בתהליך הביקוע של הכדוריות לעבור בקלות דרך המוטות הרבים השקועים במים בליבת הכור, וכך לאפשר תגובה גרעינית בת-קיימא שמפיקה חום.

הבעיה היא שאם הזירקוניום מתחמם יותר מדי, הוא עלול ליצור תגובה כימית עם המים שתפיק מימן – גז שעלול להתפוצץ. זה התרחיש שאכן אירע בשתיים מהתאונות הגרעיניות החמורות בהיסטוריה: התכת הכור החלקית, על סף פיצוץ, שהייתה ב-1979 באי שלושת המילין בארצות הברית, והפיצוצים עם דליפת הקרינה שהתרחשו ב-2011 בפוקושימה דאיצ'י ביפן. (התאונה בצ'רנוביל ב-1986 נבעה מליקויים בתכנון הכור ובתפעולו).

דלקים סובלניים

חברת החשמל וסטינגהאוס וחברת פרמאטום (Framatome) הן בין יצרניות האנרגיה שמחישות בימים אלה את הפיתוח של מה שמכונה דלקים סובלניים לתאונות. מדובר בחומרים שהסבירות לכך שיתחממו יותר מדי נמוכה יותר – וגם אם זה יקרה הם יפיקו מעט מאוד מימן, אם בכלל.

בכמה מהאפשרויות מצפים את החיפוי של הזירקוניום כדי להגביל את התגובות הכימיות. באחרות מחליפים את הזירקוניום, ואפילו את האורניום הדו-חמצני, בחומרים אחרים. את התצורות החדשות אפשר לשלב בכורים קיימים עם שינויים מעטים בלבד, כך שאפשר יהיה להחליף אותם במהלך העשור. בדיקות מקיפות של ליבת הכור, שכבר החלו, יצטרכו להוכיח את עצמן, ולספק את דרישותיהם של מקבלי ההחלטות. כבונוס, הדלקים החדשים ישפרו את יעילות הכורים, וכך יאפשרו לאנרגיה הגרעינית להתחרות ביתר הצלחה במחיריהם של מקורות אנרגיה אחרים – מוטיבציה משמעותית עבור היצרנים וחברות אנרגיה, שכן גז טבעי, אנרגיית השמש ואנרגיית רוח עולים פחות.

אף שהפקת האנרגיה הגרעינית קפואה במקומה בארצות הברית ונדחקת בהדרגה משימוש בגרמניה ובמקומות אחרים, רוסיה וסין בונות כורים בשצף-קצף. השווקים האלה יכולים למשוך אליהם את יצרני הדלקים החדשים אלה.

רוסיה מפתחת גם אמצעי בטיחות אחרים; התקנים חדשים בבית ובחו"ל של החברה הממשלתית רוסאטוֹם משתמשים במערכות בטיחות "סבילות" חדשות שיכולות לצנן התחממות יתר אפילו אם אספקת החשמל לכור חדלה ואי אפשר למחזר באופן פעיל את נוזל הקירור. גם וסטינגהאוס וחברות אחרות שילבו אמצעי בטיחות סבילים למתקנים החדשים שלהן.

יצרנים בוחנים דגמים מ"הדור הרביעי" שמשתמשים בנתרן נוזלי או מלח מותך במקום מים כדי להעביר חום מהביקוע, וכך לסכל את האפשרות המסוכנת של יצירת מימן. מדווח כי סין עומדת לחבר כבר השנה לרשת החשמל שלה כור ניסיוני שמקורר בהליום.

בארצות הברית, היעדר מחויבות פוליטית לאחזקתו של מאגר גיאולוגי עמוק וקבוע לדלק גרעיני משומש מעכב את התרחבות התעשייה. אולם העמדה בנושא עשויה להשתנות. במפתיע, יותר מתריסר מחוקקים אמריקאיים הציעו לאחרונה צעדים לחידוש הרישיון של מתקן הפסולת הגרעינית הר יוקה בנוואדה, שנקבע מ-1987 ואילך כאתר האחסון המוביל במדינה.

בינתיים, הסנטורית ליסה מורקווסקי מאלסקה פועלת קידום כורים מודולריים קטנים מאוד, שמפותחים במעבדות הלאומיות באיידהו (גם רוסאטום מייצרת כורים קטנים). וקבוצת מדינות מערביות עומדת לחתום על עיסקה עם נוסקייל פאואר באורגון לרכישת תריסר כורים מודולריים. דלקים משופרים וגידול בתפוצת הכורים הקטנים יכולים למלא תפקיד מרכזי בלידה מחדש של האנרגיה הגרעינית.

מארק פישטי

בריאות הציבור: מעקב ואריזה מתקדמים של מזון
הרעלות מזון פוגעות ב-600 מיליון איש בשנה, ו-420 אלף איש משלמים על כך בחייהם מדי שנה, אך קשה מאוד לזהות את מקורן כשמתרחשת התפרצות. בינתיים מוצרי מזון תקינים לחלוטין נזרקים לפח ומתבזבזים. שילוב של שתי טכנולוגיות חדשות מבטיח לצמצם את הבעיה. הראשונה היא יישום של טכנולוגיית הבלוקצ'יין, המוכרת ממטבעות וירטואליים, שיסייע לעקוב בצורה אמינה ומהירה אחרי תנועת מוצרים ותנאי האחסון שלהם לכל אורך המסלול מהחקלאי, דרך הסיטונאי ועל למוכר במרכול. לכך תצטרף טכנולוגיית חיישנים זעירים שינטרו את מצב המזון בתוך האריזות והארגזים ויתריעו כשמופיעים סימני קלקול ראשונים.
– רונה צ'נדרוואטי וברנרד ס' מאירסון

עמודי מח גבוה וטורבינות רוחהאתגר: לשמור אנרגיה זמינה לשעות העומס | איור: שאטרסטוק

אחסון תעשייתי של אנרגיה מתחדשת

חוצים את אבן הנגף שמפריעה לפיתוח פתרונות של אנרגיה בת-קיימא

הדרך שבה העולם מקבל את החשמל שהוא צריך עוברת מהפך מהיר, עקב שילוב של דחיפות הולכת וגוברת לסלק את הפחמן ממערכות האנרגיה לצד צניחת העלויות של טכנולוגיות הרוח והשמש. על פי מינהל המידע של משרד האנרגיה בארצות הברית (מממ"א) , כמות החשמל שיוצרה ממקורות של אנרגיה מתחדשת במדינה הוכפלה במהלך העשור האחרון, בעיקר טורבינות רוח וקולטי שמש.

בינואר 2019 חזה מממ"א שבשנתיים הקרובות אמצעי אנרגיה מתחדשת של רוח, שמש ומקורות נוספים שאינם הידרואלקטריים יהיו הנתח הצומח הכי מהר בתחום הפקת החשמל. אבל אופיים הקטוע של המקורות האלה דורש מתעשיות החשמל למצוא דרך לאגור את האנרגיה כעתודה למועדים שבהם השמש לא זורחת והרוח שוככת. הצורך הזה מעורר עניין גובר והולך בטכנולוגיה לאחסון אנרגיה – ובמיוחד בסוללות ליתיום-יון, שמוכנות לבסוף להתקדם מעבר לתפקיד של שחקן משנה על הבמגרש.

במשך עשורים רבים, שיטת אחסון האנרגיה העיקרית בקנה מידה גדול בארצות הברית הייתה באמצעות כוח הידרואלקטרי מאנרגיה שאובה, תהליך פשוט שכלל מאגרי מים בגבהים שונים. כדי לאגור אנרגיה שואבים מים למאגר גבוה. כשזקוקים לאנרגיה מחדש, מזרימים אותם אל מאגר נמוך יותר, ומניחים להם להניע טורבינה בדרכם למטה. על פי המחלקה לאנרגיה, 95 אחוז מאחסון האנרגיה התעשייתי בארצות הברית נעשה באמצעות כוח הידרואלקטרי מאנרגיה שאובה.

אבל עם השיפור ביעילותן ובאמינותן, והירידה במחירי הייצור, השימוש בסוללות ליתיום-יוד זינק. הן תופסות כיום יותר מ-80 אחוז מכלל הקיבולת של מאגרי סוללה בהיקף תעשייתי בארצות הברית – לפי מממ"א השימוש בהן עמד על מגה-ואטים בודדים לפני עשר שנים וקפץ ל-866 מגה-ואט בפברואר 2019. ניתוח נתונים שעשתה חברת בלומברג לכלכלת אנרגיה חדשה במרץ האחרון העלה כי מחיר החשמל מסוללות כאלה ירד ב-76 אחוז מאז 2012, דבר שכמעט מאפשר להן להתחרות בתחנות הכוח, שמופעלות ברובן בגז טבעי, ולהיכנס לשימוש בשעות שצריכת החשמל בהן גבוהה במיוחד.

נכון להיום, עיקר השימוש בסוללות הוא לביצוע התאמות קצרות ומהירות כדי לשמור על רמות אספקת החשמל הקיימות, אך תעשיות בכמה מדינות בארצות הברית, ובכלל זה פלורידה וקליפורניה, מוסיפות סוללות ליתיום-יון שיוכלו לפעול בין שעתיים לארבע שעות. עוד קודם לכן, חברה מחקר האנרגיה ווד מקנזי העריכה שהשוק לאחסון אנרגיה יוכפלבין 2018 ל-2019 וישולש בין 2019 ל-2020.

מומחים סבורים שבתוך חמש עד עשר שנים, סוללות ליתיום-יון יהפכו כנראה לטכנולוגיה העיקרית. שיפורים נוספים יאפשרו סוללות שיכולות לאחסן אנרגיה לארבע עד שמונה שעות – די והותר זמן כדי להסיט למשל את הכוח שמופק מהשמש ולהשתמש בו בשעות העומס בערב.

מחפשים תחליף

אבל כדי להגיע למצב שבו אנרגיה מתחדשת ואמצעי האחסון שלה יעמדו בהצלחה בעומס הבסיסי של ייצור אנרגיה, נזדקק לאחסון אנרגיה לפרקי זמן ארוכים יותר, דבר שיחייב אמצעים מתקדמים יותר מסוללות ליתיום-יון. מועמדים פוטנציאלים כוללים אפשרויות מתקדמות אחרות – כמו סוללות זרימה, שמזרימות אלקטרוליטיים נוזליים, או תאי דלק מימן – לצד רעיונות פשוטים יותר כמו אחסון אנרגיה שאובה ומשהו שנקרא אחסון כבידה.

אחסון אנרגיה שאובה הוא אמצעי זול לשימוש מרגע שהותקן, אבל עולה הרבה לבנות אותו, והוא גם מחייב תוואי שטח מתאימים. גם אחסון כבידה מבוסס על עיקרון פשוט, של ניצול עודפי אנרגיה כדי להרים לבנה כבדה, שאפשר להנמיך לאחר מכן כדי להפעיל טורבינה שתייצר אנרגיה. אף שכמה וכמה חברות עובדות על דגמים ומשכו משקיעים, הרעיון לא המריא עד כה. אפשרויות אחרות נמצאות עדיין בשלבי פיתוח, במטרה שיהיו אמינות ויעילות ויוכלו להתחרות במחיריהן של סוללות ליתיום-יון.

על פי מממ"א, עד סוף 2017 נפרסו בארצות הברית רק שלוש מערכות אחסון של סוללות זרימה בקנה מידה תעשייתי. כמו כן, מערכות מימן בהיקף גדול נמצאות עדיין בשלבי ניסוי. ממשלת ארצות הברית מממנת כמה מיזמים בתחום הזה, בעיקר באמצעות הסוכנות למיזמי מחקר מתקדמים בתחום האנרגיה. אולם חלק ניכר מההשקעה בטכנולוגיות האלה – ובאחסון אנרגיה בכלל – נעשה בסין ובדרום קוריאה, שגם האיצו את חקר אמצעי האחסון.

לא ברור אם מחירי אחסון האנרגיה ימשיכו לרדת, ואם כן עד כמה. עם זאת, ההתחייבויות המצטברות של ממשלות – כולל רמת המדינות והרמה המקומית בארצות הברית – להגיע לייצור אנרגיה נטול פחמן, ידרבנו אותן להשתמש בעוד ועוד אמצעי אחסון.

אנדריאה תומפסון

ביוטכנולוגיה: אחסון מידע ב-DNA
כמות המידע שנוצרת גדלה מיום ליום והתחזית היא שבשנת 2020 ייווצרו מדי שנייה 1.7 מגה-בייט של נתונים לאדם ברחבי העולם. כל אלה נשמרים כיום באמצעי אחסון מגנטיים או אופטיים קצרי חיים ובעלי נפח אחסון מוגבל וצריכת אנרגיה גבוהה. אבל הטבע כבר יצר אמצעי אחסון מידע יעיל הרבה יותר – ה-DNA שבו נשמר הקוד הגנטי שלנו, ויש לו פוטנציאל לשמור כמויות גדולות הרבה יותר של מידע לזמן כמעט בלתי מוגבל. צעדים ראשונים ליצירת אמצעי אחסון נתונים מבוססי DNA נעשו כבר ב-2017, וחברות כמו מיקרוסופט  וטוויסט ביוסיינס פועלות לייעל את הטכנולוגיה הזאת ולהוזיל אותה.
– סאנג יופ לי

פורסם במקור בגיליון דצמבר 2019 של כתב העת סיינטיפיק אמריקן

תרגמו: עמית בנימין, ד"ר גל חיימוביץ'

 

תגובה אחת

  • הרצל

    מה עם היתוך גרעיני - הסיכוי אולי נמוך, אבל אם זה יקרה, מהפך אדיר

    יש כמה פיתוחים חדשניים של היתוך גרעיני, בטוקמק, סטלראטור (Stellarator) וגם במאיץ לינארי. הטכנולוגיה כל כך מבטיחה שבשנים האחרונות הושקעו בה מילירדי דולרים על ידי חברות מבוססות וחברות הזנק, בנוסף על ממשלות. הצלחה תשנה משמעותית את הכלכלה העולמית מבחינות רבות - נפילת מחירי הנפט, הפסקת כריית פחם, ניצול יתר של גז עד שטכנולוגית ההיתוך תהיה זמינה. וכשתתחיל התקנה מסיבית - התמוטטות כלכלית של מדינות שעיקר הכנסתן מייצוא אנרגיה, התמוטטות חברות שעוסקות באנרגיה כיום.