勞倫斯利弗莫爾國家實驗室最近在核聚變方面取得了另一項進展。

現代社會越來越多地面臨著如何更好地準備應對危機并將如何處理危機納入日常生活的挑戰。在這個過程中，必須同時克服幾個挑戰，如大流行病、氣候變化或不斷升級的政治沖突。這種不間斷的連續危機及其深遠的后果可以更恰當地稱為“永久危機”。在這一點上，現代社會中眾多的系統性相互依存關系以及社會和技術創新之間日益緊密的相互聯系變得明顯。同時，我們正在經歷一個技術顯著進步的時代，這對適應這種變化和建立新的價值鏈或更好的：價值網絡至關重要。

每年，VDI nachrichten和VDI Technologiezentrum都會在VDI Research的中心合作下，介紹一些可以預見的在各個應用領域的創新的科學和技術趨勢。所展示的一些項目是由聯邦教育和研究部（B+MBF）資助的。這些 "值得關注的技術 "清單為非常不同的領域提供了進步的動力。

指導主題：

（1）活力

（2）建造

（3）環境

（4）添加劑制造

（5）生產

我們挑出了一些有趣的想法，這些想法有望為適應性地處理整個社會面臨的上述挑戰做出重要貢獻。人們需要結合穩健性和靈活性的方法。所介紹的技術發展以新的見解豐富了現有的方法，或為改變各領域的方法和觀點提供了方法。這適用于城市的氣候適應性設計或保護關鍵基礎設施免受極端天氣事件的影響，以及利用人工智能的創造潛力。

節約能源或更有效地使用能源的技術，避免或回收廢物及其可持續轉化的技術，也是快速變化的環境中可能的適應性的突出例子。他們的互動使解決方案也能使我們的社會在應對永久危機時更加強大。

太空中的太陽能發電站向地球傳輸能量

這個想法很大膽：在太空中建立巨大的、模塊化的太陽能發電站，集中太陽能并將其傳送到地球。聽起來很刺激？但它最近在巴黎舉行的歐洲航天局（ESA）部長理事會會議上得到了成員國的資助。在接下來的三年里，歐空局現在希望為2030年代初的示范任務起草一份提案，然后可能在2025年決定。Solaris是該計劃的名稱。這個想法一言以蔽之。地球軌道上的太陽能電池板每天24小時捕捉太陽能并將其轉化為電能。這反過來又被轉化為微波輻射，被傳送到地球。這應使光伏發電具有基礎負荷能力，即不受天氣、時間和季節的影響。至少在地球上，這種光束在原則上是可行的，這一事實已經被多次證明。但還有許多未解決的問題。電站應該如何在軌道上組裝和維護？火箭發射成本是否足夠低？如果空間碎片（或敵人的火箭）撞上巨大的表面會發生什么？那么被卷入微波輻射的鳥類會怎樣呢？

核聚變產生的能量首次超過了投入的能量

2022年12月13日，美國加利福尼亞州勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室（LLNL）宣布，它首次成功地從核聚變實驗中獲得了比通過聚變激光器投入的更多的能量，這引起了極大的歡呼。這提高了所有相關人員的希望，即有一天聚變電站也能成功--并使我們擺脫我們所處的能源困境。

那么它是大的突破嗎？最重要的是，它是一個象征性的步驟。但是，凈能量的增加只在一個狹窄的范圍內出現?？偟膩碚f，LLNL團隊在其國家點火設施（NIF）的實驗中投入的能量仍然比它得到的能量多得多。聚變電站？很遠的距離。但是，核聚變已經幾乎被取消了。加利福尼亞州的成功發出了一個信號，即不要松懈。它應該向投資者表明，他們現在正圍繞這項技術向初創企業投入大量資金，這可能真的值得他們去做。在未來幾年里，看到還有什么東西來到這里，這將是令人興奮的。

電網技術最終實現了無溫室氣體的管理

今年春天，總部位于德國科隆的能源供應商Rheinenergie（萊茵能源）宣布："110千伏高壓級別的第一個無SF6的GIS的授予正在進行中......GIS的調試計劃在2023年底進行。"GIS是指氣體絕緣開關設備。萊茵能源遠遠不是第一個報告這種情況的公用事業公司，更多的公用事業公司正在到來。由于歐盟一直在討論更新相應的F-氣體法規，并從2022年4月起嚴格淘汰，因此無SF6的開關設備技術正在進入實踐。SF6是一種高效的溫室氣體，被用作網絡開關設備的絕緣氣體。

顯然，需要政治壓力來幫助技術替代品實現市場突破。多年來，我們一直在聽取相關供應商的意見。"當然是的，我們有這種技術。"但他們也總是說："不，太貴了"，"保守的買方群體"，"這需要時間才能流行起來 "或類似的話。用氣候中立的替代品取代SF6在技術上是可行的，而且早就該這樣做了。即使在較高的電壓水平上，越來越多的替代品正在出現。而且，由于電網技術，即未來幾年電網的擴展和轉換，將是歐洲能源轉型的核心，因此，盡快提供不含SF6的技術是至關重要的。

電動汽車：從屋頂到汽車的太陽能發電--反之亦然

到處都在嘗試這樣的愿景：在你的屋頂上安裝一個太陽能系統，買一輛電動汽車--私人能源轉型就完成了！"。這被稱為車輛到家（V2H）。因為汽車電池可以作為一個基于家庭的、為電網服務的中間緩沖器。問題是：在很長一段時間內，出售的電動汽車不能雙向使用。有一條電動單行道：太陽能可以從屋頂到汽車，但反之則不行。這種情況現在正在改變。然而，在能源轉型方面，它的作用是如此之大。在可雙向充電的電動汽車上添加一個智能電表和整個家庭生態系統的能源管理系統，整個東西就變成了對內圓融，對外服務于電網。盡管經過漫長的磨合，我們終于將在不久的將來看到智能電表和可雙向充電的電動汽車的實踐。

工業轉型：用綠色電力實現脫碳

Power-to-X技術在去碳化的議程上占有重要地位。他們的簡短描述：利用綠色電力（被證明是氣候中立的），并從其中制造出其他東西：氣體、化學品、材料。無論怎樣，它都將是氣候中立的。在氣候保護所需的轉型中，許多行業都對此寄予厚望。然而，可以看出，這個詞的定義應該更廣泛。Y到X。把一些東西變成其他東西。重要的是：進來的東西是氣候中立的--純粹是技術上的。因此，審視工業流程鏈以確定相應的轉型路徑是有意義的。但它在政治上是有爭議的，就像藍色氫氣和CCS（碳、捕獲、儲存）一樣。然而，在世界范圍內，許多行業正是依賴于此。那里將發生很多事情，因為否則快速去碳化似乎很難實現。

在幾秒鐘內檢測出建筑物的熱橋

在能源危機的背景下，有助于提高能源效率和節約能源的解決方案正日益成為人們關注的焦點。由于建筑物的供暖和制冷在德國的溫室氣體排放中占很大比例，現有建筑物的節能翻新是一個特別有希望的減排杠桿。

來自環境經濟的解決方案有助于克服耗時和昂貴的能源咨詢的障礙，實現節能翻新。例如，智能解決方案，如位于科隆的Lumoview Building Analytics公司的測量設備，可在2秒內掃描室內。在這樣做的過程中，它記錄了所有的數據，能夠對房間進行數字重建，從而幫助檢測熱橋。

該技術也可用于創建房間的3D模型，由一個測量設備和基于云的軟件組成。除其他外，還可生成平面圖、3D CAD模型、360度熱屏、房本和數量結構。這有助于發現能源的弱點并加速現代化工作。

用碳素混凝土建造更可持續的建筑

在建筑業中，幾乎沒有任何東西可以離開混凝土。它是世界上使用最廣泛的建筑材料。但是，鋼筋混凝土的生產是極其資源和能源密集型的，并造成大量的二氧化碳排放。相比之下，使用碳素混凝土將更具有可持續性和氣候友好性。碳纖維取代了以前使用的鋼筋的功能。碳素混凝土是抗腐蝕的，并且使用更少的資源。組件更輕、更薄，但具有相同的承載能力。但它的生產成本仍然很高。這就是為什么人們正在進行大量的研究，以使這種可持續的復合材料在未來可行 - 例如，在萊比錫應用科學大學（HTWK）的碳混凝土技術中心，該中心由聯邦教育和研究部（BMBF）資助。在這里，很多都是圍繞著碳混凝土制成的部件的自動化生產。

廉價的絕緣材料在建筑中的大規模應用

歐洲有超過2.2億個建筑單位是在2001年之前建造的，按照今天的標準，這些單位已不再被認為是節能的了。因此，對優化現有建筑改造的創新絕緣材料的需求是巨大的?；跉饽z的新型礦物隔熱灰泥具有巨大的潛力，氣凝膠是一種高度多孔的固體，由于其物理特性，是特別好的隔熱材料。然而，高生產價格和低供應量迄今阻礙了廣泛的使用。

在德國聯邦教育和研究部（BMBF）資助的Aeroputz項目中，Proceram公司與弗勞恩霍夫研究所Umsicht一起研究了新的生產工藝，以便更便宜地制造絕緣材料。該研究項目的成果可以加速以前的小眾產品向廣泛的大眾應用的轉變，從而為有效的和具有成本效益的建筑改造做出決定性的貢獻，從而為可持續的實現氣候目標。Pelin Cing?z

水動力外墻依靠雨水來冷卻建筑

在城市里，密集的發展意味著溫度有時比周圍的鄉村高10℃。這部分是由于密封的街道和建筑表面，防止雨水蒸發，從而降低溫度。此外，表面的密封性導致在暴雨事件中更快地發生洪水。

德國斯圖加特大學的一個團隊現在已經開發出一種解決方案，將這兩個問題都考慮在內，從而可以為改善城市地區的氣候作出貢獻。這是通過使用被稱為 "HydroSKIN "的水動力外墻元素來實現的，它依靠雨水來冷卻建筑。外墻在下雨時吸收雨水，將其儲存起來，并在熱天通過蒸發冷卻再次釋放。通過這種方式，不僅建筑的外墻和內部得到冷卻，而且城市空間也得到冷卻，通過吸收降水，減少暴雨事件造成的損害。Eva Cebulla

生物煉制廠為可持續經濟生產化學品和生物柴油

將糖、脂肪和木材等生物原材料加工成化學品、生物柴油和其他產品是一個重要的經濟部門。歐盟約有300家生物煉制廠每年生產460萬噸的化學品和材料。

生物質的潛力是巨大的，因為新型的生物精煉廠甚至能夠處理氣態物質，如燃燒過程中產生的二氧化碳和生物甲烷，以及廢料和廢水。這導致了廣泛的產品，如化學品、生物材料、其他材料產品以及燃料。在未來，這種工廠和為此目的開發的沼氣廠（見照片）可以形成化學工業的新核心，并有助于取代化石原料和減少溫室氣體排放。因此，生物煉制廠能夠為材料的循環利用和創造增值網絡做出重大貢獻，在這種情況下，一個人的廢物就是另一個人的原料，并實現經濟的可持續轉型。?？?塞茨

氫基鋼的直接還原

鋼鐵行業正處于徹底變革的邊緣——可能比預期的要快。近兩年來，不少鋼鐵企業大刀闊斧地提前告別高爐。另一種方法是直接還原，它使用氫氣從鐵礦石中生產鐵。ThyssenKrupp & Co. 將消除大部分 CO2排放。從2025/26年開始，德國制造商希望陸續關閉高爐，讓直接還原廠投入運行。

一家瑞典公司可能會快得多：H2 Green Steel。在瑞典小鎮博登（與該國的鐵礦有直接鐵路連接且緊鄰河流），世界上第一家氫基鋼鐵廠正在建設中。直接還原廠采用市場領導者 Midrex 的技術，但輔以電氫加熱器：在還原鐵礦石之前，必須向氫氣中添加能量。哈

移動防洪墻

氣候變化的后果越來越明顯，洪水也越來越頻繁。新穎和智能的開發有助于最大限度地減少對城鎮和環境的破壞。一種解決方案來自環境管理的跨部門：明斯特 Aquaburg 公司的 Aquawand。它由防水油布網鋼結構組成，是一個移動的防洪墻，存放在埋在地下的通道中。在待機模式下，它仍然不可見。如果發生洪水，它可以在幾分鐘內輕松設置。

移動防護墻還有助于保持水體清潔，例如防止工業倉庫中的毒素泄漏。同時，它可以阻止具有潛在危險的漂浮物。此外，經驗豐富的救援人員也松了一口氣，因為防洪墻可以毫不費力地搭建起來?？沙掷m性方面也被考慮在內：在 50 年的使用壽命后，墻的所有組件都可以返回到循環經濟中。Helga Haxhiu 和 Hartmut Schug

耕種農業：從太空測量植物的干旱壓力

今年，熱浪和降雨不足再次導致農業減產。與此同時，水被浪費作為預防措施，在干旱期間對耕地過度澆水。據聯合國統計，近 70% 的淡水用于農業。為了優化農業用地的灌溉，弗萊堡初創公司“constellr”希望利用來自太空的微型衛星來確定植物的需水量。為此，衛星中的熱像儀記錄植物葉片的表面溫度。

與舊方法相比，新方法可以提供幾個小時前的數據。這樣，可以在短時間內調整澆水。這些數據在應用程序中清楚地提供給農民，這樣他們就可以看到哪里急需用水。此外，這些數據有助于他們更準確地估計預期的作物產量。衛星原型的首次試運行已經成功。只需四顆微型衛星，即可在全球范圍內提供最新數據。馬修·布朗

塑料垃圾：酶以創紀錄的速度分解塑料

如今，幾乎沒有任何對我們生態系統的威脅像塑料垃圾對海洋的污染那樣清晰可見。目前全世界每年生產近 5 億噸塑料，其中很大一部分最終以塑料垃圾的形式流入海洋。

利用機器學習，德克薩斯大學奧斯汀分校的研究人員成功開發出一種酶變體，可以在短短幾個小時內將聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 分解成其原始成分，即所謂的單體。與傳統回收工藝相比的主要優勢在于保留了單體的化學穩定性，并且可以在不消耗額外石油的情況下生產新的 PET 塑料。研究人員現在正致力于使這種酶可用于工業規模，并解決我們這個時代最大的環境問題之一：在創紀錄的時間內分解全球數十億噸塑料垃圾。托馬斯維爾納

來自 3D 打印機的功能材料的隧道和通道

人造晶格材料的機械性能——例如剛度和拉伸性——可以通過它們的幾何形狀得到很好的控制。然而，如果在這種結構中需要額外的狀態傳感器，即使不是不可能，制造也會變得復雜和昂貴。麻省理工學院 (MIT) 的一個團隊現已成功生產出具有可編程機械和分布式傳感器的多功能材料 - 通過塑造單一建筑材料。使用 3D 打印將空的、充滿空氣的通道的分布式網絡直接嵌入到晶格材料的結構中。變形導致這些通道中的壓力變化，這是可以測量的。

在這方面，通道可以充當此類功能材料的一種“神經系統”，可以使用它們來使用傳感器檢測自己的運動。使用單一材料大大簡化了設計?？赡艿膽檬?a href="http://www.cnycw.org.cn/sell/search.php?keyword=%E6%9C%BA%E5%99%A8%E4%BA%BA" title="機器人" target="_blank">機器人技術、智能結構和可穿戴設備。后者然后記錄，例如，一個人如何移動。德克·霍爾特曼斯波特。

3D 打?。河糜趥€性化醫療的組織和器官替代

生物打印，即生物材料和活細胞的打印，是一種很有前途的應用方法，在組織工程和再生醫學領域得到了廣泛的研究。未來，復雜的 3D 打印結構可用作研究的組織和疾病模型，以及患者特定的植入物。

為了取得成功，細胞生物學、材料科學和過程工程等之間的密切合作是必要的。生物材料必須類似于細胞在其中生長的自然細胞環境。同時，材料在打印后必須保持其形狀。為了滿足官方要求并實現安全醫療使用，過程的可比性和獨立于人員和位置的打印結果至關重要?！癝OP_BioPrint”項目制定了此類材料的生產、打印和分析的第一個標準?；诖?，指導委員會 VDI 5708 成立，以定義基本術語、設備要求和測試方法。斯文賈·施特勞斯/

像好萊塢一樣的 3D 打印在盡可能短的時間內生產出具有超精細細節的組件

卡爾斯魯厄理工學院 (KIT) 的研究人員成功地解決了這個問題：他們在很短的時間內打印出具有超精細細節的組件。到目前為止，這種組合是不可能的：壓力要么很快，要么相當不精確?；蛘咚蔷_的，但需要幾個小時。來自巴登-符騰堡州的人們將他們的方法稱為“光片 3D 打印”。它基于一種特殊樹脂，這種樹脂只會在兩束不同波長的光束相交處硬化。

打印程序：首先，使用藍光從下方將分層圖像投射到塑料中。這選擇性地激活了沿光束通道的材料。然后紅色激光從側面發射一種“光片”進入建筑空間并使水平面變硬。這個過程重復了一千次——眨眼之間。超細部件相應快速完成。它們仍然很小。但縮放似乎是可能的。KIT 的研究人員已經在與國際合作機構合作。如果他們成功了，組件很快就會像科幻電影中那樣具體化。

元宇宙：行業可以成為先鋒

對于一些人來說，它是工業 4.0 的一部分，而另一些人則稱之為工業元宇宙。借助 Meta（前身為 Facebook），馬克·扎克伯格 (Mark Zuckerberg) 正試圖將元宇宙構建為一個虛擬聚會場所，人們可以在其中以化身的形式進行互動。但這仍然進展緩慢。在工業中，這可能會更快。因為很多產品和工廠已經在這里用 3D 計算機模型開發，以后不必創建。最遲自冠狀病毒大流行以來，許多公司也一直在使用 AR 和 VR 數據眼鏡（增強現實或虛擬現實），例如B.配備上門服務。尤其是大公司和研究機構正在為工業虛擬宇宙研究解決方案。ICT 的 Fraunhofer 小組提供了“（工業）Metaverse 的技術和用例”的概述。據彭博社分析師稱，到 2030 年，這方面的總市場規模將達到 8250 億美元左右，年增長率為 39%。除了工業，社交媒體集團、游戲行業和生活方式品牌在這里特別活躍。

工作世界：人工智能和創造力的變化

目前有關于人工智能 (AI) 應用程序如何接管線性例行任務并在可以輕松自動化的活動發生時提供支持的討論。在此過程中，大量員工可以有更多的自由來執行需要經典人類品質（例如同理心、創造力和社交智能）的任務。尤其是創造力現在是所有行業員工最搶手的軟技能之一，并將對未來的資格方面和角色理解產生影響。

另一方面，人工智能在未來可能會變得富有創造力：例如，在產品設計中，人工智能已經可以根據某些設計參數或測試材料要求為原型制作模型。智能算法還可以探索和可視化美學可能性。創造性人工智能是否以及在何種程度上實際上在倫理和道德上是可取的，這是一個我們應該問自己的問題。西蒙比施

健康：mRNA藥物也能抗癌？

隨著針對 Covid-19 疫苗的開發，mRNA 疫苗一詞變得流行起來。與傳統疫苗不同的是，人體自身會產生引發疾病的結構成分。為此，通過疫苗接種引發疾病的特定無害蛋白質的遺傳藍圖。然后由它自己的細胞產生，然后有機體學習特定的免疫反應。

針對嚴重疾病，尤其是癌癥的基于 mRNA 的免疫療法的研究也已經進行了很長時間。與傳統的預防性疫苗接種不同，腫瘤已經存在于體內并且可以被免疫系統耐受。因此，疫苗接種必須使癌細胞再次被標記為外來細胞，并被免疫系統對抗。這需要了解潛在的復雜細胞過程。這些可能因癌癥類型而有很大差異，但也取決于患者和疾病的階段。目前正在進行有希望的臨床研究，以研究這種治療結腸癌和皮膚癌的方法。如果成功，mRNA 藥物可以從根本上改變癌癥治療。西爾維·賴克斯·德弗拉森

農業技術 4.0：農業機器人可持續耕作

大型拖拉機仍然是我們田野上的特色。然而，越來越多的高度自動化和自主農業機器人現在正在引起轟動。例如，在 12 月初于柏林舉行的數字峰會上，聯邦總理奧拉夫·舒爾茨 (Olaf Scholz) 發現了霍恩海姆大學的 Phoenix 農業機器人（圖片），并將其置于聚光燈下。這樣做有充分的理由：小型機器壓實土壤的程度低于大型拖拉機，并且可以使用特殊傳感器根據實際需要調整農藥和化肥的使用。這減少了當前農業與環境、氣候和物種保護之間的沖突。

“農業 4.0”，即 VDI 2030 年可持續農業技術路線圖，還描述了通往更可持續農業的道路。農業技術”。除了數字化和人工智能，這還涉及提高能源和資源效率的應用。這導致進一步需要進一步的教育和培訓以及使用自主農業機械的法規。秋

農業：莊稼在黑暗中生長

照片：panthermedia.net/fikmik

幾十年來，全球人均可耕地面積持續下降，而與此同時對糧食的需求卻在增加。由于自然光合作用的效率低至 1% 左右，因此正在尋求新的方法來優化有用植物的栽培。使用兩階段過程，美國研究小組成功地提高了小規模的光合作用效率，并允許生長過程在黑暗中進行。

在第一步中，使用光伏的電催化將二氧化碳轉化為醋酸鹽，一種醋酸鹽。藻類、真菌和植物在第二步中使用它來產生能量和作為它們生長的碳源。由于最后一步是獨立于光線進行的，因此未來農作物可能會在耕地以外的黑暗中以這種方式生長。這種新方法是否可以為全球抗擊饑餓做出貢獻，或者是否只有載人航天任務將作為一種奇特的應用從中受益，還有待觀察