《研究人员表示稳定地球气候的计划依赖于新兴的碳去除技术》

  • 编译者: 欧冬智
  • 发布时间:2024-12-10
  • 全球化石燃料的碳排放持续上升,预计2024年将成为有记录以来最热的一年。为了将全球变暖限制在1.5°C以内,仅依靠现有的减排和去碳化努力是不够的,必须每年去除70亿到90亿吨的二氧化碳。气候变化政府间专门委员会(IPCC)指出,实现全球和国家净零排放目标需要二氧化碳去除技术。虽然二氧化碳去除技术可能成本高昂且消耗能源、水和土地,但在当前政策下,全球气温有可能上升超过3°C,因此必须采取措施减少排放并去除剩余的二氧化碳。澳大利亚的气候变化当局表示,到2050年实现净零排放的目标意味着仍会有约25%的排放需要处理。传统的二氧化碳去除技术主要依赖生物过程,而新技术如直接空气捕集在全球二氧化碳去除中占比不到0.1%。尽管二氧化碳去除的市场潜力巨大,但必须谨慎对待其环境影响和技术挑战。澳大利亚具备巨大的碳存储能力和可再生能源,但需要建立新的产业和基础设施,以负责任和可持续的方式推进二氧化碳去除。最终,减少排放和去除二氧化碳同样重要,以保护未来的地球。
相关报告
  • 《研究人员开发出用铒制造量子比特的新技术》

    • 来源专题:计量基标准与精密测量
    • 编译者:李晓萌
    • 发布时间:2024-04-18
    • 量子比特是量子技术的基石,寻找或构建稳定且易于操作的量子比特是量子技术研究的中心目标之一。科学家们发现,一个铒原子——一种稀土金属,有时被用于激光器或给玻璃上色——可以是一个非常有效的量子比特。 为了制造铒量子比特,铒原子被放置在“宿主材料”中,在那里铒原子取代了一些材料的原始原子。两个研究小组——一个是由芝加哥大学普利兹克分子工程校友曼尼什·辛格创立的量子创业公司memQ的研究小组,另一个是美国能源部阿贡国家实验室的研究小组——使用不同的铒宿主材料来推进量子技术,展示了这种量子比特的多功能性,并强调了材料科学对量子计算和量子通信的重要性。 这两个项目解决了量子计算研究人员一直试图解决的挑战:设计多量子位设备和延长量子位存储信息的时间。 “这两项研究的成果确实凸显了材料对量子技术的重要性,”参与了这两个项目的阿贡国家实验室科学家、芝加哥大学凯斯实验室科学家F. Joseph Heremans说。“量子比特所处的环境和量子比特本身一样重要。” 启动memQ选择性地激活铒量子比特,使其更容易控制多量子比特设备。 铒作为量子比特很受欢迎,因为它可以通过与互联网和电话线通道相同的光纤有效地传输量子信息;它的电子也以这样一种方式排列,它特别能抵抗可能导致量子比特丢失信息的环境变化。 但是,将铒插入宿主材料的生长过程会以一种科学家无法精确控制的方式将原子分散到整个材料中,这使得设计多量子位器件变得困难。在一项全新的技术中,memQ的科学家们发现了一种解决方法:用激光“激活”某些铒原子。这项研究最近发表在《Applied Physics Letters》期刊上。 memQ的首席技术官兼联合创始人Sean Sullivan说:“我们实际上并没有把铒放在特定的位置上,铒分散在整个材料中。”他毕业于Duality,这是一个量子创业加速器,由芝加哥大学波尔斯基创业与创新中心和芝加哥量子交易所共同领导,创始合伙人是伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、阿贡大学和P33。“但是通过使用激光,我们可以改变特定区域的晶体结构,从而改变该区域的铒的性质。所以我们正在选择使用哪种铒作为量子比特。” 该技术依赖于主体材料二氧化钛(TiO2)的特性。由于其对称性,TiO2的晶格有两种可能的构型。插入到晶格中的铒原子将以不同的频率进行通信,这取决于它所处的TiO2的结构。 在memQ的技术中,铒分散在一种结构的TiO2薄膜中。然后,高功率激光聚焦在某些铒原子周围的晶体上,永久地将TiO2扭曲成只有在这些位置的其他构型。现在,激光选择的铒原子都可以以相同的频率通信,完全与其他原子分离。 新程序代表了量子技术领域的重大进步,被称为固态技术。 memQ的首席执行官兼联合创始人Manish Singh表示:“你不可能在100个随机位置使用量子比特来构建有用的东西。”“通过我们的平台,我们可以选择在我们想要使用的布局中使用哪种铒,这是固态社区长期以来一直回避的功能。” 阿贡科学家实现了长铒量子比特相干时间 衡量量子位有效性的一个关键指标是它的相干时间:它可以保留量子信息的时间。这对于打算用作量子存储器的量子比特尤其重要,量子存储器相当于经典计算机存储器。但是相干性是非常脆弱的——一个量子位可能会因为与环境中的某些东西(如空气或热量)相互作用而失去相干性。 铒原子可以利用它们的电子来保留量子信息,这些电子具有一种称为“自旋”的特性。原子核,即原子中心的质子和中子簇,也有“自旋”,电子和原子核的自旋可以相互影响。铒量子比特丢失量子信息的一种常见方式是,它的电子自旋与它周围一个原子的核自旋相互作用。 因此,阿贡国家实验室的研究员Jiefei Zhang为铒寻找了一种宿主材料,这种材料具有尽可能低的核自旋,但也可以用更传统的硅技术制造。她发现了一种不同的氧化物,这次是一种稀土元素:二氧化铈,也被称为铈(CeO2)。 铈是最丰富的稀土元素,在工业化学中用作氧化剂和催化剂。不像TiO2有多种可能的结构构型,CeO2只有一种,而且是极度对称的。正因为如此,在CeO2中的铒量子比特更加稳定。 “在铈中,两个不同的铒量子比特将看到相同的晶体环境,”Zhang说。“因此,同时控制它们非常容易,因为它们的行为方式非常相似。” 值得注意的是,memQ开发的新定位技术在像ceo2这样高度对称的晶体结构上是不可能的,但是Zhang能够从铒量子比特中看到更长的相干时间,随着他们继续发展实验,有可能更长。该作品可以在预印本服务器arXiv上找到。 Zhang说:“每种材料肯定都有优缺点,这在量子领域很常见。” 二氧化钛的研究是由memQ与Jonghoon Ahn博士、F. Joseph Heremans博士和Argonne国家实验室的Supratik Guha博士合作完成的。CeO2的工作来自F. Joseph Heremans博士、Supratik Guha教授和David D. Awschalom教授的团队,David D. Awschalom教授也是CQE的主任。该研究由Guha小组的研究生Gregory Grant和Jiefei Zhang博士领导。memQ与阿贡的关系超越了与CQE的关系。联合创始人Sullivan和Singh在阿贡国家实验室相识,当时他们分别是Guha和Awschalom小组的研究生和博士后科学家。memQ也是阿贡国家实验室为期两年的企业家奖学金项目Chain Reaction Innovations的一部分。
  • 《美国制定《2017—2021年北极研究计划》》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:mall
    • 发布时间:2017-01-24
    • 2016年12月15日,美国跨部门北极研究政策委员会(The Interagency Arctic Research Policy Committee ,简称IARPC)在加利福尼亚州旧金山召开的美国地球物理学会(秋季会议上公布了《2017—2021年北极研究计划》,规划了未来5年的北极研究计划,在IARPC领导下,为非/联邦机构之间的合作提供了一个分享知识、产生新思想和报道研究进展的平台。IARPC欢迎计划中合作组织的广泛参与及所有希望参与北极研究事业的人士加入。 前期已取得的成果 此前“2013-2017年北极研究计划”的实施,在跨机构间的沟通、协调和合作方面已经取得了前所未有的成效。重点研究进展有: 1、建立分布式生物观测站,监测北极太平洋地区对气候变化的生物物理反应,监测范围从白令海北部,经楚科奇海到博福特海东部。 2、部署先进的传感器和平台(如无人机系统、基于声学通讯和导航技术支持的无人水下航行器),对北冰洋边缘冰带的海洋表面波浪与海冰的相互作用有了新的见解。 3、研究海冰可预测性的一个海冰预测网络,探索提高海冰预测的方法。 4、分布于北极的10个观测站组成的国际北极系统通过采用通用的元数据标准,实现自动化大气数据发现。 《2017—2021年北极研究计划》主要内容 与美国北极区域政策(U.S. Arctic Region Policy,2009年)和美国北极区域国家战略(National Strategy for the Arctic Region,2013年)一致,从北极居民和社区到全球层面,此次计划在多个方面继续贯彻美国的北极政策。计划的内容包括4个政策驱动、9个研究目标、34个研究任务和134个实施要素。 4个政策驱动 (1)提升北极居民福祉。研究成果将为当地、州和国家共享,实现健康、经济、机遇以及当地和北极其他地区居民文化建设等一系列目标。 (2)增进北极环境管理。研究结果将为理解陆地和海洋环境运作以及预测全球驱动下的环境变化及其对当地的潜在影响提供必要知识。 (3)加强国家和地区安全。致力于提高短期内环境预测能力和北极地区的长期计划,确保预防和应急机构环境预测能力提高和北极地区长期安全、有效运作的必要工具。 (4)作为地球的一个重要组成部分,加深对北极的了解。应进一步意识到北极在全球系统中的重要作用,如变化的冰冻圈对海平面、全球碳循环、地球辐射收支和气候系统的影响。 9个研究目标 (1)健康和福祉:加强理解影响北极居民健康的决定因素,并提升北极居民的福祉。 研究任务: 1.1 促进人类健康综合方法研究,研究人、野生动物、环境和气候之间的联系; 1.2 加强可持续发展和地区修复力相关研究,解决健康和福祉相关的健康问题; 1.3 保障北极农村或偏远地区的食物、水和能源安全; 1.4 关注阿拉斯加州妇女和年轻人暴力行为的流行和性质,注重联邦、州、部落和当地机构对暴力行为反应有效性的评估,并为提高有效性提出建议; 1.5 促进和支持阿拉斯加州青年人心理健康、药物滥用和福祉的相关研究,关注青年人的心理健康; 1.6 减少北极地区居民的职业安全隐患和健康危险,特别是从事商业捕鱼、水、和航空运输行业以及受气候变化影响的危害职业的工人; 1.7 提高北极地区医疗服务的质量、效率、有效性和价值。 (2)大气:增进对北极大气成分及动态过程和系统的理解以及其对地表能量收支平衡的影响。 研究任务: 2.1 增进对北极大气过程及其对地表能量收支综合影响的认识; 2.2 进一步理解北极大气(水汽、云层、降水、气溶胶和气体)的组成及其对北极气候、地表辐射的效应和影响; 2.3 增加对北极云形成、周期、降水和物理性质、不同气溶胶类型的时空分布以及北极云和气溶胶调节地表辐射收支的认识。 (3)海冰:加强对变化的海冰覆盖情况的研究和预测。 研究任务: 3.1 对大气-海冰-海洋系统进行综合观测和研究,了解海冰厚度、范围和体积的时空变化,研究其与大气-海冰-海洋系统的相互作用和多时间尺度影响(每小时、每天、每周、每季、每年、每十年); 3.2 改进海冰过程研究模型,增加海冰行为预报、预测的时空范围; 3.3 促进研究人员和利益相关者的合作网络(包括北部居民在内),增强对海冰系统的认识、理解和预测。 (4)海洋生态系统:加深对北极海洋生态系统结构和功能的理解,以及它们在气候系统中的作用,进一步提高预测能力。 研究任务: 4.1 加强了解所有营养级结构的北极海洋物种的分布和规模,包括对生物学热点和近因的形成和维护的深入研究; 4.2 了解北极海洋物种的基本生活史以支持跨机构决策; 4.3 加强气候变化、不同尺度海洋生态系统的生物物理相互作用对北极海洋资源以及依赖这些资源的人类社会影响的认识。 (5)冰川与海平面:加强研究山岳冰川和格陵兰冰盖及其对海平面上升的影响。 研究任务: 5.1 通过协调、综合的观测,进一步了解控制北极陆冰质量平衡的措施; 5.2 改进数值模型,提高北极陆冰损失的预测及其对全球海平面的影响,加强可预测性。 (6)永久冻土:研究冻土动力学过程控制及其对生态系统、基础设施和气候的影响。 研究任务: 6.1 加强永久冻土气候、地貌、地形条件、植被的认识及其相互作用控制冻土动力学模式; 6.2 加强研究气候变暖和永久冻土消融如何影响土壤碳循环,包括二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)等温室气体的潜在释放; 6.3 在陆地生态系统目标的共同努力下,继续提高实地冻土测量实验与模型集成,预测气候变化、水文、生态系统的改变和破坏与陆地和淡水生态系统如何相互作用并影响北极永久冻土的演化、退化、反馈; 6.4 研究气候变暖和冻土消融对北极基础设施和人类健康的影响。 (7)陆地生态系统:综合地、景观尺度地研究北极陆地和淡水生态系统及其未来潜在变化。 研究任务: 7.1 提高引起变化的一系列过程间相互作用及其影响陆地和淡水生态系统的建模和解析能力(如气候、自然干扰、人为干扰); 7.2 研究生态系统变化如何改变动植物种群及其栖息地和赖以生存的活动; 7.3 评估火灾活动如何影响农村和城市社区、大气排放、碳收支及其他气候问题。 (8)沿海地区修复力:提高沿海地区修复力和自然、文化资源管理,开展相关人文、自然和建筑环境相互关系的研究。 研究任务: 8.1 促进沿海地区文化、安全和基础设施建设和研究; 8.2 通过监测和生物过程建模,促进沿海地区生态系统和环境健康发展; 8.3 深入研究物理海岸过程对自然及人工建造环境的影响; 8.4 提高数据监测、比较和分析能力以支持沿海地区相关研究。 (9)环境智能(监测、数据管理和建模):加强环境数据获得、情报收集、解析和应用能力,支持决策制定。 研究任务: 9.1 促进跨部门和外部合作者参与新的和现有的活动,形成一个综合的跨部门北极观测网(U.S. Arctic Observing Network); 9.2 利用详细的全球和区域模型,了解北极系统的组成部分及其相互作用,进而对整个气候系统进行研究; 9.3 通过改进地球系统模型,提高每季度及每十年时间尺度的北极系统预测能力,甚至百年尺度的气候预报能力; 9.4 提高北极研究数据和工具在联邦数据中心间的可用性、识别性、理解性和互用性; 9.5 发展相关前沿、工具和策略研究,提高研究成果支持北极科学决策的可及性和相关性。 4个政策驱动、9个研究目标和34个研究任务之间的联系如下: 为保证《2017—2021年北极研究计划》实施,IARPC合作团队将被组织成九个专题协作组,每个专题协作组负责九个目标其中的一个。各协作组将定期会面,讨论具体实施要素的更新和完善,并分享完成研究任务的情况。 此次《2017—2021年北极研究计划》新举措 1、有利于健康和社会活力的因素识别:本次计划提出要更加侧重北部居民的健康和福祉,还强调了北部居民在共同探索科学知识中的角色。 2、一个全球关注的新目标—“永久冻土”:IARPC计划促进基本地球物理、修复力以及适应性研究的结合,提高冻土过程预测模型的处理能力。“沿海”话题也是新计划的一部分,将整合一系列现有行动形成更协调的运作机制。 3、“环境智能”的概念也是本次计划中新增部分,但将借鉴成熟领域的技术:监测、建模和数据管理,环境智能研究框架拟在此5年计划中促进这三方面的研究,提高相关研究在决策支持中的作用。 IARPC简介: 1984年,根据《北极研究政策委员会法案》,IARPC得以成立,整合了16个联邦机构的研究工作加速了美国对北极研究的步伐。自2010年以来,IARPC成为了美国国家科学技术委员会中(National Science and Technology Council)环境、自然资源与可持续发展工作委员会(Committee on Environment, Natural Resources and Sustainability)下的工作小组。国家科学技术理事会直属于科学技术政策办公室(the Office of Science and Technology Policy),后者为美国总统办公室(the Executive Office of the President)下设机构。IARPC负责与美国北极研究委员会( U.S. Arctic Research Commission)、阿拉斯加州州长、北极当地居民、私企以及公共利益集团磋商,制定并实施五年北极研究计划。