Η επίτευξη των στόχων της αειφόρου ανάπτυξης θα απαιτήσει δράση σε διάφορα μέτωπα, συμπεριλαμβανομένης της αξιοποίησης και μεγιστοποίησης του δυναμικού της τεχνολογικής καινοτομίας.
POWER-TO-X
To concept Power-to-X (P2X) είναι η μετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας σε χημική, η αποθήκευση και η επαναχρησιμοποίησή της. Σε ένα ολοκληρωμένο ενεργειακό σύστημα, βασισμένο στις ΑΠΕ, το P2X μπορεί να προσφέρει την απαραίτητη ευελιξία αποθηκεύοντας πλεονάσματα ηλεκτρικής ενέργειας και προσφέροντας τη δυνατότητα αξιοποίησής τους εκτός του ηλεκτρικού δικτύου. Παράλληλα παρέχει την ευκαιρία αντικατάστασης συμβατικών ορυκτών καυσίμων με συνθετικά καύσιμα χαμηλών εκπομπών, όπως το υδρογόνο, το μεθάνιο, η αμμωνία ή η μεθανόλη. Η ηλεκτρόλυση με συνεχές ρεύμα παρουσιάζει στην καλύτερη περίπτωση βαθμό απόδοσης 80%-85% και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή υδρογόνου, το οποίο με τη σειρά του μπορεί να μετατραπεί σε μεθάνιο. Μια άλλη δυνατότητα είναι η μετατροπή του υδρογόνου, μαζί με το CO2, σε μεθανόλη. Και τα δύο αυτά καύσιμα μπορούν να αποθηκευτούν και να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και πάλι ώρες έως και μήνες αργότερα, ή να χρησιμοποιηθούν ως καύσιμο σε αεριοστρόβιλους, εγκαταστάσεις CCGT, κινητήρες εσωτερικής καύσης και ενεργειακές κυψέλες. Στην περίπτωση του υδρογόνου, ο βαθμός απόδοσης στον όλο κύκλο περιορίζεται στο 35%-50%, ενώ η διαδικασία της ηλεκτρόλυσης είναι δαπανηρή. Παρ'όλα αυτά η αποθήκευση των ίδιων των καυσίμων είναι αρκετά φθηνή. Αυτό σημαίνει ότι μεγάλες ποσότητες ενέργειας μπορούν να αποθηκευτούν για μεγάλες χρονικές περιόδους, γεγονός ιδιαίτερα χρήσιμο για συστήματα με μεγάλη διείσδυση ΑΠΕ, καθώς πολλές περιοχές έχουν σημαντική εποχική μεταβλητότητα στην ηλιακή, αιολική και υδροηλεκτρική παραγωγή.
Το 2016 η γερμανική κυβέρνηση χρηματοδότησε ένα ερευνητικό έργο ύψους 30 εκατ. ευρώ για P2X εφαρμογές. Σήμερα, πάνω από 70 εφαρμογές λειτουργούν σε παγκόσμιο επίπεδο, με χωρητικότητα ηλεκτρολυτών από 250 kW έως 6.300 kW. Το μέγεθος των εγκαταστάσεων P2X αυξάνεται, με μονάδες ηλεκτρολυτών 50+ MW να βρίσκονται υπό εξέλιξη.
CCS-CCU
Οι τεχνολογίες Δέσμευσης-Αποθήκευσης Ανθρακα (CCS) και Δέσμευσης-Επαναχρησιμοποίησης Ανθρακα (CCU) αποσκοπούν στη δέσμευση των εκπομπών CO2 από σημειακές πηγές, όπως σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής και βιομηχανικές διεργασίες, προκειμένου να αποφευχθεί η απελευθέρωσή τους στην ατμόσφαιρα. Η διαφορά τους έγκειται στον τελικό προορισμό του δεσμευμένου CO2, αφού στην πρώτη περίπτωση μεταφέρεται σε κατάλληλο χώρο για μακροχρόνια αποθήκευση, ενώ στη δεύτερη μετατρέπεται σε εμπορικά προϊόντα.
Οι βιομηχανίες ηλεκτροπαραγωγής, τα διυλιστήρια πετρελαίου, οι εγκαταστάσεις επεξεργασίας βιοαερίου, καθώς και η παραγωγή αμμωνίας, αιθυλενοξειδίου, τσιμέντου, σιδήρου και χάλυβα αποτελούν τις κύριες βιομηχανικές πηγές εκπομπής CO2, οπότε είναι και οι κύριοι υποψήφιοι για ενδεχόμενη εφαρμογή τεχνολογιών CCS και CCU. Για τη συλλογή του CO2 δεν υπάρχει μια κοινή συνταγή, αλλά εξειδικευμένα συστήματα συμβατά με κάθε κλάδο, με τεχνικές που συνοψίζονται σε δέσμευση μετά τη μετατροπή (π.χ. καύση ορυκτών καυσίμων), προ της μετατροπής (παραγωγή αμμωνίας, αεριοποίηση άνθρακα) και με καύση οξυγόνου (παραγωγή τσιμέντου, χάλυβα). Μετά τη δέσμευση το διοξείδιο του άνθρακα συμπιέζεται και μεταφέρεται σε υγρή μορφή για να αποθηκευτεί σε υπόγειους γεωλογικούς σχηματισμούς ως ανόργανο ανθρακικό άλας ή σε δεξαμενές με άλγη και βακτήρια που οδηγούν στην αποσύνθεσή του. Αντίθετα, στην περίπτωση της τεχνολογίας CCU το CO2 αξιοποιείται ως εμπορικό προϊόν, π.χ. στη βιομηχανία τροφίμων και φαρμακευτικών ειδών, στην εξόρυξη πετρελαίου και φυσικού αερίου ή κατόπιν περαιτέρω επεξεργασίας για την παραγωγή συνθετικών καυσίμων ή χημικών προϊόντων.
Το 2019 υπήρχαν 17 projects του είδους, με συνολική ικανότητα δέσμευσης 31,5 Mt CO2 ετησίως. Ωστόσο το κόστος της συγκεκριμένης τεχνολογίας είναι υψηλό και σε καμία περίπτωση δεν μπορεί να αναπτυχθεί χωρίς κρατική βούληση και επιχορήγηση.
CIRCULARITY
Στον δρόμο προς μια πιο βιώσιμη ανάπτυξη και τη δημιουργία ευκαιριών για οικονομική ανάπτυξη απαιτείται η θεμελιώδης μεταβολή της συμπεριφοράς παραγωγών και καταναλωτών. Στόχος είναι η αύξηση της αποδοτικότητας των πόρων στην παραγωγή ώστε να βελτιστοποιηθεί η χρήση των υλικών στο στάδιο του σχεδιασμού και να βρεθούν νέα υλικά ως εναλλακτικές λύσεις στα ανανεώσιμα (π.χ. οπτικές ίνες αντί χαλκού, βιοπολυμερή αντί πολυμερών από πετρέλαιο). Σε πολλές χώρες είναι επίσης απαραίτητη η βελτιστοποίηση της αποδοτικότητας συλλογής πόρων. Ωστόσο, το πιο επείγον είναι να ελαχιστοποιηθεί η ποσότητα των πρώτων υλών που χρησιμοποιούνται σήμερα μέσω της αποτελεσματικής ανακύκλωσης. Στις περισσότερες χώρες της Ε.Ε. η ανακύκλωση παρέχει μόνο το 5%-15% της αξίας των πρώτων υλών που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή και την κατασκευή προϊόντων. Με την εφαρμογή της κυκλικότητας οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα θα μπορούσαν να μειωθούν σημαντικά σε σύγκριση με την επεξεργασία πρωτογενών υλικών κατά 20% έως και 50%.
SMART CITIES
Σήμερα το 54% των κατοίκων του πλανήτη ζει στις πόλεις, ποσοστό που αναμένεται να φτάσει το 66% μέχρι το 2050. Σε συνδυασμό με τη συνολική αύξηση του πληθυσμού, η αστικοποίηση θα προσθέσει άλλα 2,5 δισεκατομμύρια ανθρώπους στις πόλεις τις επόμενες τρεις δεκαετίες. Η περιβαλλοντική, κοινωνική και οικονομική βιωσιμότητα λοιπόν πρέπει να συμβαδίσει με την ταχεία επέκταση των πόλεων. Και η σύγχρονη τεχνολογία καλείται να παίξει έναν πολύ σημαντικό ρόλο.
Η έξυπνη πόλη του μέλλοντος είναι μια αστική περιοχή που χρησιμοποιεί διάφορους τύπους αισθητήρων ΙοΤ (Διαδίκτυο των Πραγμάτων) για τη συλλογή δεδομένων και την αποτελεσματική διαχείριση πόρων και υπηρεσιών. Tα δεδομένα συλλέγονται από πολίτες, συσκευές και υποδομές, επεξεργάζονται και αναλύονται για την παρακολούθηση και διαχείριση συστημάτων κυκλοφορίας και μεταφοράς, σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, υπηρεσιών κοινής ωφέλειας, δικτύων ύδρευσης, διαχείρισης αποβλήτων, νοσοκομείων και άλλες δημοτικών υπηρεσιών. Το concept των έξυπνων πόλεων ενσωματώνει την Τεχνολογία Πληροφορίας και Επικοινωνίας (ICT) και τις διάφορες φυσικές συσκευές στο δίκτυο ΙοΤ για τη βελτιστοποίηση της αποτελεσματικότητας των λειτουργιών και των υπηρεσιών της πόλης και τη σύνδεση με τους πολίτες. Η ICT χρησιμοποιείται για τη βελτίωση της ποιότητας, των επιδόσεων και της αλληλεπίδρασης των αστικών υπηρεσιών, τη μείωση κόστους και κατανάλωσης των πόρων και την αύξηση της επικοινωνίας μεταξύ πολιτών και κυβέρνησης. Η Ε.Ε. έχει εκπονήσει στρατηγικές για την επίτευξη έξυπνης αστικής ανάπτυξης στις μητροπόλεις, αναπτύσσοντας μια σειρά προγραμμάτων στο πλαίσιο του «ψηφιακού θεματολογίου της Ευρώπης». Εκτιμάται ότι η παγκόσμια αγορά έξυπνων αστικών υπηρεσιών θα φτάσει στο 1,5 δισ. δολάρια έως το 2024, με μοχλό την ευρύτερη υιοθέτηση ψηφιακών λύσεων και «πράσινης» τεχνολογίας.
ΚΒΑΝΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ
Στις 23 Οκτωβρίου 2019 η Google ΑΙ ανακοίνωσε ότι σε συνεργασία με τη ΝΑSA πέτυχε την αποκαλούμενη «Κβαντική Υπεροχή» (Quantum Supremacy), θέτοντας ένα σημαντικό ορόσημο στην εξέλιξη των κβαντικών υπολογιστών. Σε αντίθεση με τον κλασικό δυαδικό υπολογισμό των συμβατικών Η/Υ με δεδομένα κωδικοποιημένα σε bits, καθένα από τα οποία βρίσκεται σε μία από δύο πιθανές διακριτές καταστάσεις (0 ή 1), ο κβαντικός υπολογιστής χρησιμοποιεί κβαντικά bits (qubits), τα οποία -σύμφωνα με τις αρχές της Κβαντομηχανικής- μπορούν να βρίσκονται σε πολλαπλές καταστάσεις ταυτόχρονα. Ετσι ένα qubit μπορεί να αναπαραστήσει την τιμή 1,0 ή οποιαδήποτε υπέρθεση αυτών των δύο. Δύο qubits μπορούν να αναπαραστήσουν οποιαδήποτε υπέρθεση τεσσάρων δυνατών καταστάσεων, 3 qubits οποιαδήποτε υπέρθεση οκτώ καταστάσεων. Ενας κβαντικός υπολογιστής με n qubits μπορεί να βρίσκεται σε αυθαίρετη υπέρθεση των έως 2n δυνατών καταστάσεων ταυτόχρονα, ενώ ένας κλασικός υπολογιστής μπορεί να βρίσκεται μόνο σε μία από αυτές τις καταστάσεις κάθε στιγμή. Τα qubits μπορούν να αποθηκεύσουν εκθετικά περισσότερη πληροφορία από τα κλασικά bits, καθιστώντας τους κβαντικούς υπολογιστές τεράστιους σε ισχύ, αλλά και πολύ ταχύτερους από τους κλασικούς Η/Υ.
Ο πειραματικός υπολογιστής Sycamore της Google ΑΙ διαθέτει 54 qubits και κατάφερε να εκτελέσει σε 200 δευτερόλεπτα έναν υπολογισμό για τον οποίο ο ισχυρότερος υπερυπολογιστής στον κόσμο θα χρειαζόταν 10.000 χρόνια! Παρόλο που η IBM προσπάθησε να υποβαθμίσει την επιτυχία του ανταγωνιστή της -υποστηρίζοντας μεταξύ άλλων ότι ένας συμβατικός υπερυπολογιστής θα χρειαζόταν 2,5 ημέρες και όχι 10.000 χρόνια για την ίδια πράξη-, είναι ιδιαίτερα σημαντική η πρόοδος που γίνεται στο συγκεκριμένο τομέα, ώστε κάποια στιγμή στο μέλλον οι κβαντικοί υπολογιστές να αποκτήσουν πρακτική χρησιμότητα και ευρεία χρήση. Σήμερα υπάρχουν εμπορικά διαθέσιμοι κβαντικοί υπολογιστές, κυρίως εξειδικευμένοι σε συγκεκριμένα προβλήματα. Η καναδική εταιρεία παραγωγής κβαντικών υπολογιστών D-Wave Systems σε συνεργασία με τη Volkswagen δούλεψε πριν από μερικά χρόνια πάνω στη βελτιστοποίηση της ροής της κυκλοφορίας στους δρόμους του Πεκίνου, ενώ από το 2019 ξεκίνησαν ένα πιλοτικό πρόγραμμα στη Λισαβόνα, όπου εννέα λεωφορεία βρίσκουν τη συντομότερη διαδρομή σε πραγματικό χρόνο. Οι ειδικοί ΙΤ βλέπουν πρόσφορο έδαφος για τους κβαντικούς υπολογιστές σε πεδία όπως η αυτόνομη οδήγηση, η Ρομποτική, η οργάνωση παραγωγής, η μηχανική μάθηση και οι έξυπνες λύσεις κινητικότητας.