近期，美国媒体《大众科学》(Popular Science)评选出2021年十大最顶尖工程创新。这其中有绿色技术的进步，有望解决关乎地球未来的紧迫问题，包括如何帮助食品和能源生产等领域走出难以脱碳的困境;还有的创新向我们展示了更安全的采矿方式，或基于人工智能解开了蛋白质结构的奥秘;我们甚至看到了激动人心的全世界第一款海上过山车……
无碳炼钢只出水，全球第一款烧氢气的绿色钢材
全球炼钢产生的碳排放占总排放量的7%～9%，主要来自一种被称为“焦炭”(主要成分为碳)的特殊加工煤。在一千多度的高温下，焦炭通过多步反应夺走铁矿石(铁的氧化物)中的氧，最终生成铁——但也释放二氧化碳。为减少碳足迹，瑞典的工业财团开发了Hybrit钢铁。
Hybrit是通过氢而非碳来将铁矿石转化为钢铁的：利用风能和水力发电加热竖炉至1650摄氏度，让不含水的氢气在高温竖炉中还原铁矿石，释放氢气和水(没有二氧化碳)，由此产生的“海绵铁”在电弧炉中熔化以制造钢。
Hybrit的研发团队表示，该过程的二氧化碳排放量不到标准焦炭燃料方案排放量的2%。
2020年夏天，沃尔沃公司接收了第一批这种“绿色钢材”，并将其用于制造采矿和采石的车辆。
无碳电车只燃氨，纯氨动力油轮未来可期?
集装箱船为我们的廉价消费品经济提供了动力，但也产生了近3%的二氧化碳排放量。电池没有足够的能量密度来高效地为大型船只供电——而且在大洋中央充电几乎是不可能的。今年，芬兰发动机制造商瓦锡兰(W?rtsil?)与挪威物流巨头格里格(Grieg)携手，合作研发无碳排放的氨燃料动力船舶。
工程师将使用由挪威风电场提供的电力来电解制得氢气，氢气继而与氮气反应产生氨。瓦锡兰公司已经测试通过了使用70%氨混合物的发动机，并计划于2024年推出纯氨燃料动力油轮。
垂直海鲜农场：城中、室内、绿色
自20世纪80年代以来，全球虾类养殖行业已经围垦了近1.4万平方公里的红树林(主要在东南亚)。将天然碳汇变作虾塘的行为留下了高于养殖奶牛、猪或鸡所造成的碳足迹。疾病暴发和水道废物堵塞的问题也困扰着该行业。
革命性的“垂直海洋”模式在室内开展养殖：贝类生活于模块化的校车大小的水箱里;藻类、海草和底饲鱼类滤除废物。如此一来，近100%的水得到再循环，且无需下水道。新加坡的一个垂直海洋原型今年有10次收成，获得总计超过一吨的甲壳类动物。
桥梁观察者：不放过任何异常
目前尚不明确是何原因导致了2018年意大利热那亚大桥坍塌，最终造成43人死亡。不过专家认为，交通负荷过大、高含盐量空气的腐蚀、工厂污染以及水位高等因素都在其中发挥了一定作用。在热那亚出生的建筑师伦佐·皮亚诺(Renzo Piano)设计完新桥之后，还添加了多种自动感应功能用于检测故障。
一对两吨重的检查机器人在碳复合材料轨道上穿过桥梁，每8小时拍摄25000张起落架的照片，进而令机器视觉软件能够发现任何异常情况。太阳能电池板可满足桥梁95%的能源需求，包括用于检查危险的接头膨胀的照明和传感器。
全球第一座海上过山车
普通的过山车通过重力让乘客体验极限刺激。如果你想在海上感受过山车的惊险刺激——嘉年华邮轮公司的狂欢节号游轮配备的“BOLT终极海上过山车”将满足你的需求。鉴于游轮远不能保证稳定而平坦的地面，因此设计者必须要有创意。
BOLT是第一座海上过山车，由电力驱动(而非常规的重力)，能搭载两位客人乘坐摩托车式的推车，沿着一条悬浮在海平面以上57米的环形轨道行进，速度由乘客控制，最高可达近65公里/小时。
铁电池，未来告别煤炭和天然气?
要维持完全可再生的电网，公用事业公司需要大且便宜的电池以便在无风或无阳光时将大量廉价电力储入电网，可那些用在笔记本电脑和电动汽车中的锂离子电池价格昂贵。
鉴于此，美国创业公司FormEnergy开创了一种基于铁(地球上最丰富的金属之一)的新型高效电池，号称“大吉姆”(Big Jim)。
大吉姆可通过铁与环境中氧气发生反应来释放电子，同时生成氧化物;而流入的电子流又将铁锈变回铁，释放氧气并为电池充电。
环境工程师表示，每千瓦时20美元的电池将是公用事业公司告别煤炭和天然气的理想选择——而这正是FormEnergy对于大吉姆的最终理想定价。
AI精准预测蛋白质三维结构
今年以前，科学界只知道17%的人体蛋白质的确切三维形状——而过去50年间，蛋白质结构解析一直都是科学圣杯一般的存在。深度学习算法AlphaFold现已破解了2万种人体蛋白质中的98%以上的结构，其中36%的预测精确至原子水平。
DeepMind已将其源代码和预测数据库公之于众，为新药研制、致病突变抑制剂开发以及新材料设计提供了新的可能。
天空空调
空调和风扇消耗全世界10%的电力。专家预计到2050年交流电的使用量将增加2倍。制冷系统吸收大量能量并将热量推到周围环境——SkyCoolSystems公司正尝试利用光反射屋顶纳米技术打破这个危险的反馈循环：
铝基面板涂有多层光学薄膜，反射波长在8～13微米之间的辐射，位于此区间的光波能穿过地球大气层并进入太空。这样可使面板温度最多下降8.3摄氏度，为建筑物的现有系统提供无排放冷却。
去年秋天，加州斯托克顿市的一家杂货店在其水管上方安装了这款面板的原型机，以冷却他们的制冷系统——估计每年可助其剩下6000美元的电费。
矿工至爱，采矿圣手
采矿业是全世界最危险的行业之一，而那些负责爆破隧道的人员特别容易受到伤害——未必来自爆炸物，而是来自地震活动或铺设炸药时发生的岩石坠落。全球最大的商业炸药和爆破系统供应商之一、来自澳大利亚的Orica公司为危险的采矿行业提供了创新特种机器人——Avatel机器人。
该系统能在地下采矿过程中完成自动爆破，而工作人员则于安全环境下进行操作：
矿工在一个安全小屋内操纵一对机器手臂放置炸药，而工程师和地质学家回到控制室，随条件变化远程提供实时建议。设置完成后，驾驶员将Avatel移开并以无线方式发送引爆信号。
驶入飓风之眼，采集极限数据
为了解飓风如何增强并更好地预测未来的灾害，科学家需要关于飓风内的气压、空气、水温、湿度和风力条件的数据。
美国Saildrone公司研发的自主机器人船Saildrone由太阳能和风能提供动力，于2020年9月进入4级飓风“山姆”内部，成为有史以来第一艘进入飓风眼的机器人交通工具。
Saildrone缩短了仪表翼以更好地承受极端条件，能在风速达到193公里/小时的情况下提供镜头和读数，可谓行业标杆。
Saildrone可提供卫星图像不能提供海洋表面的数据，而美国的研究机构已经开始将这艘神器用于重要工作：
NASA借助Saildrone提声卫星数据的价值并研究气候变化，美国国家海洋和大气管理局(NOAA)用它调查阿拉斯加狭鳕的健康状况。
