本文轉(zhuǎn)載自“PT現(xiàn)代塑料”公眾號。
根據(jù)專家組的討論研究和大量的調(diào)查訪問, 世界材料論壇認為，到2030年，有十大技術(shù)將達到工業(yè)化的規(guī)模。
因此，可以制定相應的目標，使經(jīng)濟增長與當前使用的自然資源脫鉤，并為全球供應鏈上的行業(yè)創(chuàng)造價值。
塑料和碳纖維復合材料的回收利用
對塑料進行回收的方法大體上主要有兩種：清洗塑料，然后將其研磨成粉末并熔化或擠出的機械方法；將塑料變回成單體、再次形成純聚合物的化學方法。
機械方法只能覆蓋30%的塑料回收量，相比之下，化學方法更通用，除了需要從廢物流中分類的聚氯乙烯（PVC）之外，適用于幾乎所有的塑料回收。
2018年，全球聚合物的產(chǎn)量大約是3.6億噸，如果到2030年具有同樣的產(chǎn)量，同時，如果到2030年實現(xiàn)了“30%的聚合物由可回收原材料制成”的目標，那么，塑料單體的產(chǎn)量將減少1.08億噸。
塑料和碳纖維復合材料的3D制造
過去幾年中，增材制造已快速發(fā)展到由廣泛的可打印材料制成的工業(yè)化部件的生產(chǎn)領(lǐng)域，同時涌現(xiàn)出了許多新的應用領(lǐng)域。
10年中已經(jīng)取得并仍將取得的重大進展將進一步提高生產(chǎn)效率、材料性能、成本效益和可靠性。
3D打印將極有助于降低最終部件的重量和整個生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的所有廢料量。
基于可再生資源的低成本氫氣用于燃料電池汽車
使氫氣成為電動汽車的安全且低成本的解決方案，是氫供應鏈上一整套技術(shù)（燃氣輪機、水電解和高性能燃料電池）的目標。
使所有這些技術(shù)以一致的速度發(fā)展將是未來10年的挑戰(zhàn)，以便在2030年之前，使燃料電池輕型商用車的總擁有成本低于電池電動汽車的總擁有成本。
以更低的成本儲存可再生能源
儲能技術(shù)具有顯著優(yōu)勢，比如，提高了電能質(zhì)量的穩(wěn)定性和供電的可靠性。
由于太陽能和風能為發(fā)電脫碳發(fā)揮了重要作用，因此，低成本地開發(fā)大規(guī)模的儲能系統(tǒng)將更加重要。
基于全球?qū)Υ祟悆δ芟到y(tǒng)的需求量，需要確保其達到25年以上的長壽命，同時使用壽命結(jié)束后的回收利用率要高，這些對于最大程度地減少對環(huán)境的影響是非常必要的。
鋰離子電池不能滿足這些標準要求，在研的許多技術(shù)中，液壓泵電池和全釩液流電池最有希望實現(xiàn)具有競爭力的成本。
電動汽車電池的回收利用
當2017年售出的100萬輛電動車使用壽命結(jié)束時，可能會產(chǎn)生25萬噸的電池包廢棄物。
由于電池不易拆解，因此這是一項巨大的挑戰(zhàn)，但也為回收鋰、錳、鈷和鎳等重要原料帶來了巨大機遇。
正在開發(fā)的主流技術(shù)是可帶來高回收率的濕法冶金技術(shù)，而一種名為膜溶劑萃取的新方法卻保證了回收的高純度，從而可獲得純凈的鋰、錳、鈷和鎳這4種元素。
如果到2030年能將50%的回收材料用于新電池的制造，以及到2040年能將100%的回收材料用于新電池的制造，那么，將顯著減少這一領(lǐng)域?qū)μ烊毁Y源的使用。
電動車電池化學：持續(xù)改進還是全新？
競爭在3個選項之間進行：
1. 持續(xù)改進以陰極為限制因素以及由電解液提供關(guān)鍵安全屬性的電流離子鋰設計。
2. 以固體電介質(zhì)而不是當前鋰離子設計中使用的液體和凝膠為特征的固態(tài)工程。
3. 基于大量可用資源如鈉或硫但仍處于極早階段的技術(shù)。
不產(chǎn)生二氧化碳的大宗材料生產(chǎn)
由于產(chǎn)量高，大宗材料如鋼、水泥或化學品的生產(chǎn)對于解決氣候變化問題至關(guān)重要。
脫碳電解工藝的引入、將氫用作發(fā)熱元件的原料來源以及碳捕獲和儲存技術(shù)等，是各領(lǐng)域正在開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。
低能耗獲取飲用水
水的處理和運輸非常耗能，而提供清潔飲用水所需的能量因地區(qū)、技術(shù)和基礎(chǔ)設施而異，僅在美國，估計用于提供清潔飲用水的能耗占其總能耗的4%，而且這是在擁有可用地下水且重要基礎(chǔ)設施到位的地區(qū)。
電化學、膜和材料科學方面的新技術(shù)，正在顯著降低飲用水處理系統(tǒng)的能耗，從而開發(fā)出分布式供水應用的新形式。這些技術(shù)在實現(xiàn)降低能耗目標方面能夠發(fā)揮重要的作用。
人工智能與量子計算技術(shù)加速材料發(fā)現(xiàn)
發(fā)現(xiàn)、開發(fā)并商業(yè)化新材料創(chuàng)新的時間框架通常需要10～20年，特別是兩個領(lǐng)域花費的時間較長：
1. 設計實驗、創(chuàng)造新配方以及測試各種結(jié)果的人工實施過程。
2. 通過對各種材料的評估以及利用測試制度來滿足法規(guī)要求。
為此，正在開發(fā)人工智能和量子計算技術(shù)，以顯著縮短與新配方開發(fā)及材料評估有關(guān)的反復循環(huán)過程。
一些行業(yè)，比如航空和汽車工業(yè)，需要的鑒定期可能總是很長，對此，人工智能和量子計算被視為是縮短設計和鑒定時間的主要賦能因素，這些技術(shù)能夠為實現(xiàn)“提高創(chuàng)新材料在最終產(chǎn)品中的應用比例”這一目標發(fā)揮重要作用。
自旋電子學
思科預測，隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能的出現(xiàn)以及機器到機器連接的增加，到2023年，連接到IP網(wǎng)絡的設備數(shù)量將是全球人口的3倍多。
因此，設備和連接正在快速增長，其10%的年復合增長率遠高于人口1% 的年復合增長率以及互聯(lián)網(wǎng)用戶6%的年復合增長率。
這一發(fā)展的最大問題是其對環(huán)境帶來的總體影響：一方面體現(xiàn)在制造各種設備所需的關(guān)鍵材料上，但更多地是體現(xiàn)在由此所需要的能耗。
自旋電子學與傳統(tǒng)電子學不同的是，除了電荷狀態(tài)，電子自旋還被用于進一步提高影響數(shù)據(jù)存儲和傳輸?shù)哪茉葱实淖杂啥取?/p>
因此，這項技術(shù)可以極大地影響計算和數(shù)據(jù)存儲應用中的功耗。根據(jù)每個子應用的不同，自旋電子學可使能源效率提高10%至100%。
