劳伦斯利弗莫尔国家实验室最近在核聚变方面取得了另一项进展。

现代社会越来越多地面临着如何更好地准备应对危机并将如何处理危机纳入日常生活的挑战。在这个过程中，必须同时克服几个挑战，如大流行病、气候变化或不断升级的政治冲突。这种不间断的连续危机及其深远的后果可以更恰当地称为“永久危机”。在这一点上，现代社会中众多的系统性相互依存关系以及社会和技术创新之间日益紧密的相互联系变得明显。同时，我们正在经历一个技术显著进步的时代，这对适应这种变化和建立新的价值链或更好的：价值网络至关重要。

每年，VDI nachrichten和VDI Technologiezentrum都会在VDI Research的中心合作下，介绍一些可以预见的在各个应用领域的创新的科学和技术趋势。所展示的一些项目是由联邦教育和研究部（BMBF）资助的。这些 "值得关注的技术 "清单为非常不同的领域提供了进步的动力。

指导主题：

（1）活力

（2）建造

（3）环境

（4）添加剂制造

（5）生产

我们挑出了一些有趣的想法，这些想法有望为适应性地处理整个社会面临的上述挑战做出重要贡献。人们需要结合稳健性和灵活性的方法。所介绍的技术发展以新的见解丰富了现有的方法，或为改变各领域的方法和观点提供了方法。这适用于城市的气候适应性设计或保护关键基础设施免受极端天气事件的影响，以及利用人工智能的创造潜力。

节约能源或更有效地使用能源的技术，避免或回收废物及其可持续转化的技术，也是快速变化的环境中可能的适应性的突出例子。他们的互动使解决方案也能使我们的社会在应对永久危机时更加强大。

太空中的太阳能发电站向地球传输能量

这个想法很大胆：在太空中建立巨大的、模块化的太阳能发电站，集中太阳能并将其传送到地球。听起来很刺激？但它最近在巴黎举行的欧洲航天局（ESA）部长理事会会议上得到了成员国的资助。在接下来的三年里，欧空局现在希望为2030年代初的示范任务起草一份提案，然后可能在2025年决定。Solaris是该计划的名称。这个想法一言以蔽之。地球轨道上的太阳能电池板每天24小时捕捉太阳能并将其转化为电能。这反过来又被转化为微波辐射，被传送到地球。这应使光伏发电具有基础负荷能力，即不受天气、时间和季节的影响。至少在地球上，这种光束在原则上是可行的，这一事实已经被多次证明。但还有许多未解决的问题。电站应该如何在轨道上组装和维护？火箭发射成本是否足够低？如果空间碎片（或敌人的火箭）撞上巨大的表面会发生什么？那么被卷入微波辐射的鸟类会怎样呢？

核聚变产生的能量首次超过了投入的能量

2022年12月13日，美国加利福尼亚州劳伦斯-利弗莫尔国家实验室（LLNL）宣布，它首次成功地从核聚变实验中获得了比通过聚变激光器投入的更多的能量，这引起了极大的欢呼。这提高了所有相关人员的希望，即有一天聚变电站也能成功--并使我们摆脱我们所处的能源困境。

那么它是大的突破吗？最重要的是，它是一个象征性的步骤。但是，净能量的增加只在一个狭窄的范围内出现。总的来说，LLNL团队在其国家点火设施（NIF）的实验中投入的能量仍然比它得到的能量多得多。聚变电站？很远的距离。但是，核聚变已经几乎被取消了。加利福尼亚州的成功发出了一个信号，即不要松懈。它应该向投资者表明，他们现在正围绕这项技术向初创企业投入大量资金，这可能真的值得他们去做。在未来几年里，看到还有什么东西来到这里，这将是令人兴奋的。

电网技术最终实现了无温室气体的管理

今年春天，总部位于德国科隆的能源供应商Rheinenergie（莱茵能源）宣布："110千伏高压级别的第一个无SF6的GIS的授予正在进行中......GIS的调试计划在2023年底进行。"GIS是指气体绝缘开关设备。莱茵能源远远不是第一个报告这种情况的公用事业公司，更多的公用事业公司正在到来。由于欧盟一直在讨论更新相应的F-气体法规，并从2022年4月起严格淘汰，因此无SF6的开关设备技术正在进入实践。SF6是一种高效的温室气体，被用作网络开关设备的绝缘气体。

显然，需要政治压力来帮助技术替代品实现市场突破。多年来，我们一直在听取相关供应商的意见。"当然是的，我们有这种技术。"但他们也总是说："不，太贵了"，"保守的买方群体"，"这需要时间才能流行起来 "或类似的话。用气候中立的替代品取代SF6在技术上是可行的，而且早就该这样做了。即使在较高的电压水平上，越来越多的替代品正在出现。而且，由于电网技术，即未来几年电网的扩展和转换，将是欧洲能源转型的核心，因此，尽快提供不含SF6的技术是至关重要的。

电动汽车：从屋顶到汽车的太阳能发电--反之亦然

到处都在尝试这样的愿景：在你的屋顶上安装一个太阳能系统，买一辆电动汽车--私人能源转型就完成了！"。这被称为车辆到家（V2H）。因为汽车电池可以作为一个基于家庭的、为电网服务的中间缓冲器。问题是：在很长一段时间内，出售的电动汽车不能双向使用。有一条电动单行道：太阳能可以从屋顶到汽车，但反之则不行。这种情况现在正在改变。然而，在能源转型方面，它的作用是如此之大。在可双向充电的电动汽车上添加一个智能电表和整个家庭生态系统的能源管理系统，整个东西就变成了对内圆融，对外服务于电网。尽管经过漫长的磨合，我们终于将在不久的将来看到智能电表和可双向充电的电动汽车的实践。

工业转型：用绿色电力实现脱碳

Power-to-X技术在去碳化的议程上占有重要地位。他们的简短描述：利用绿色电力（被证明是气候中立的），并从其中制造出其他东西：气体、化学品、材料。无论怎样，它都将是气候中立的。在气候保护所需的转型中，许多行业都对此寄予厚望。然而，可以看出，这个词的定义应该更广泛。Y到X。把一些东西变成其他东西。重要的是：进来的东西是气候中立的--纯粹是技术上的。因此，审视工业流程链以确定相应的转型路径是有意义的。但它在政治上是有争议的，就像蓝色氢气和CCS（碳、捕获、储存）一样。然而，在世界范围内，许多行业正是依赖于此。那里将发生很多事情，因为否则快速去碳化似乎很难实现。

在几秒钟内检测出建筑物的热桥

在能源危机的背景下，有助于提高能源效率和节约能源的解决方案正日益成为人们关注的焦点。由于建筑物的供暖和制冷在德国的温室气体排放中占很大比例，现有建筑物的节能翻新是一个特别有希望的减排杠杆。

来自环境经济的解决方案有助于克服耗时和昂贵的能源咨询的障碍，实现节能翻新。例如，智能解决方案，如位于科隆的Lumoview Building Analytics公司的测量设备，可在2秒内扫描室内。在这样做的过程中，它记录了所有的数据，能够对房间进行数字重建，从而帮助检测热桥。

该技术也可用于创建房间的3D模型，由一个测量设备和基于云的软件组成。除其他外，还可生成平面图、3D CAD模型、360度热屏、房本和数量结构。这有助于发现能源的弱点并加速现代化工作。

用碳素混凝土建造更可持续的建筑

在建筑业中，几乎没有任何东西可以离开混凝土。它是世界上使用最广泛的建筑材料。但是，钢筋混凝土的生产是极其资源和能源密集型的，并造成大量的二氧化碳排放。相比之下，使用碳素混凝土将更具有可持续性和气候友好性。碳纤维取代了以前使用的钢筋的功能。碳素混凝土是抗腐蚀的，并且使用更少的资源。组件更轻、更薄，但具有相同的承载能力。但它的生产成本仍然很高。这就是为什么人们正在进行大量的研究，以使这种可持续的复合材料在未来可行 - 例如，在莱比锡应用科学大学（HTWK）的碳混凝土技术中心，该中心由联邦教育和研究部（BMBF）资助。在这里，很多都是围绕着碳混凝土制成的部件的自动化生产。

廉价的绝缘材料在建筑中的大规模应用

欧洲有超过2.2亿个建筑单位是在2001年之前建造的，按照今天的标准，这些单位已不再被认为是节能的了。因此，对优化现有建筑改造的创新绝缘材料的需求是巨大的。基于气凝胶的新型矿物隔热灰泥具有巨大的潜力，气凝胶是一种高度多孔的固体，由于其物理特性，是特别好的隔热材料。然而，高生产价格和低供应量迄今阻碍了广泛的使用。

在德国联邦教育和研究部（BMBF）资助的Aeroputz项目中，Proceram公司与弗劳恩霍夫研究所Umsicht一起研究了新的生产工艺，以便更便宜地制造绝缘材料。该研究项目的成果可以加速以前的小众产品向广泛的大众应用的转变，从而为有效的和具有成本效益的建筑改造做出决定性的贡献，从而为可持续的实现气候目标。Pelin Cingöz

水动力外墙依靠雨水来冷却建筑

在城市里，密集的发展意味着温度有时比周围的乡村高10℃。这部分是由于密封的街道和建筑表面，防止雨水蒸发，从而降低温度。此外，表面的密封性导致在暴雨事件中更快地发生洪水。

德国斯图加特大学的一个团队现在已经开发出一种解决方案，将这两个问题都考虑在内，从而可以为改善城市地区的气候作出贡献。这是通过使用被称为 "HydroSKIN "的水动力外墙元素来实现的，它依靠雨水来冷却建筑。外墙在下雨时吸收雨水，将其储存起来，并在热天通过蒸发冷却再次释放。通过这种方式，不仅建筑的外墙和内部得到冷却，而且城市空间也得到冷却，通过吸收降水，减少暴雨事件造成的损害。Eva Cebulla

生物炼制厂为可持续经济生产化学品和生物柴油

将糖、脂肪和木材等生物原材料加工成化学品、生物柴油和其他产品是一个重要的经济部门。欧盟约有300家生物炼制厂每年生产460万吨的化学品和材料。

生物质的潜力是巨大的，因为新型的生物精炼厂甚至能够处理气态物质，如燃烧过程中产生的二氧化碳和生物甲烷，以及废料和废水。这导致了广泛的产品，如化学品、生物材料、其他材料产品以及燃料。在未来，这种工厂和为此目的开发的沼气厂（见照片）可以形成化学工业的新核心，并有助于取代化石原料和减少温室气体排放。因此，生物炼制厂能够为材料的循环利用和创造增值网络做出重大贡献，在这种情况下，一个人的废物就是另一个人的原料，并实现经济的可持续转型。海克-塞茨

氢基钢的直接还原

钢铁行业正处于彻底变革的边缘——可能比预期的要快。近两年来，不少钢铁企业大刀阔斧地提前告别高炉。另一种方法是直接还原，它使用氢气从铁矿石中生产铁。ThyssenKrupp & Co. 将消除大部分 CO2排放。从2025/26年开始，德国制造商希望陆续关闭高炉，让直接还原厂投入运行。

一家瑞典公司可能会快得多：H2 Green Steel。在瑞典小镇博登（与该国的铁矿有直接铁路连接且紧邻河流），世界上第一家氢基钢铁厂正在建设中。直接还原厂采用市场领导者 Midrex 的技术，但辅以电氢加热器：在还原铁矿石之前，必须向氢气中添加能量。哈

移动防洪墙

气候变化的后果越来越明显，洪水也越来越频繁。新颖和智能的开发有助于最大限度地减少对城镇和环境的破坏。一种解决方案来自环境管理的跨部门：明斯特 Aquaburg 公司的 Aquawand。它由防水油布网钢结构组成，是一个移动的防洪墙，存放在埋在地下的通道中。在待机模式下，它仍然不可见。如果发生洪水，它可以在几分钟内轻松设置。

移动防护墙还有助于保持水体清洁，例如防止工业仓库中的毒素泄漏。同时，它可以阻止具有潜在危险的漂浮物。此外，经验丰富的救援人员也松了一口气，因为防洪墙可以毫不费力地搭建起来。可持续性方面也被考虑在内：在 50 年的使用寿命后，墙的所有组件都可以返回到循环经济中。Helga Haxhiu 和 Hartmut Schug

耕种农业：从太空测量植物的干旱压力

今年，热浪和降雨不足再次导致农业减产。与此同时，水被浪费作为预防措施，在干旱期间对耕地过度浇水。据联合国统计，近 70% 的淡水用于农业。为了优化农业用地的灌溉，弗莱堡初创公司“constellr”希望利用来自太空的微型卫星来确定植物的需水量。为此，卫星中的热像仪记录植物叶片的表面温度。

与旧方法相比，新方法可以提供几个小时前的数据。这样，可以在短时间内调整浇水。这些数据在应用程序中清楚地提供给农民，这样他们就可以看到哪里急需用水。此外，这些数据有助于他们更准确地估计预期的作物产量。卫星原型的首次试运行已经成功。只需四颗微型卫星，即可在全球范围内提供最新数据。马修·布朗

塑料垃圾：酶以创纪录的速度分解塑料

如今，几乎没有任何对我们生态系统的威胁像塑料垃圾对海洋的污染那样清晰可见。目前全世界每年生产近 5 亿吨塑料，其中很大一部分最终以塑料垃圾的形式流入海洋。

利用机器学习，德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员成功开发出一种酶变体，可以在短短几个小时内将聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 分解成其原始成分，即所谓的单体。与传统回收工艺相比的主要优势在于保留了单体的化学稳定性，并且可以在不消耗额外石油的情况下生产新的 PET 塑料。研究人员现在正致力于使这种酶可用于工业规模，并解决我们这个时代最大的环境问题之一：在创纪录的时间内分解全球数十亿吨塑料垃圾。托马斯维尔纳

来自 3D 打印机的功能材料的隧道和通道

人造晶格材料的机械性能——例如刚度和拉伸性——可以通过它们的几何形状得到很好的控制。然而，如果在这种结构中需要额外的状态传感器，即使不是不可能，制造也会变得复杂和昂贵。麻省理工学院 (MIT) 的一个团队现已成功生产出具有可编程机械和分布式传感器的多功能材料 - 通过塑造单一建筑材料。使用 3D 打印将空的、充满空气的通道的分布式网络直接嵌入到晶格材料的结构中。变形导致这些通道中的压力变化，这是可以测量的。

在这方面，通道可以充当此类功能材料的一种“神经系统”，可以使用它们来使用传感器检测自己的运动。使用单一材料大大简化了设计。可能的应用是机器人技术、智能结构和可穿戴设备。后者然后记录，例如，一个人如何移动。德克·霍尔特曼斯波特。

3D 打印：用于个性化医疗的组织和器官替代

生物打印，即生物材料和活细胞的打印，是一种很有前途的应用方法，在组织工程和再生医学领域得到了广泛的研究。未来，复杂的 3D 打印结构可用作研究的组织和疾病模型，以及患者特定的植入物。

为了取得成功，细胞生物学、材料科学和过程工程等之间的密切合作是必要的。生物材料必须类似于细胞在其中生长的自然细胞环境。同时，材料在打印后必须保持其形状。为了满足官方要求并实现安全医疗使用，过程的可比性和独立于人员和位置的打印结果至关重要。“SOP_BioPrint”项目制定了此类材料的生产、打印和分析的第一个标准。基于此，指导委员会 VDI 5708 成立，以定义基本术语、设备要求和测试方法。斯文贾·施特劳斯/

像好莱坞一样的 3D 打印在尽可能短的时间内生产出具有超精细细节的组件

卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 的研究人员成功地解决了这个问题：他们在很短的时间内打印出具有超精细细节的组件。到目前为止，这种组合是不可能的：压力要么很快，要么相当不精确。或者它是精确的，但需要几个小时。来自巴登-符腾堡州的人们将他们的方法称为“光片 3D 打印”。它基于一种特殊树脂，这种树脂只会在两束不同波长的光束相交处硬化。

打印程序：首先，使用蓝光从下方将分层图像投射到塑料中。这选择性地激活了沿光束通道的材料。然后红色激光从侧面发射一种“光片”进入建筑空间并使水平面变硬。这个过程重复了一千次——眨眼之间。超细部件相应快速完成。它们仍然很小。但缩放似乎是可能的。KIT 的研究人员已经在与国际合作机构合作。如果他们成功了，组件很快就会像科幻电影中那样具体化。

元宇宙：行业可以成为先锋

对于一些人来说，它是工业 4.0 的一部分，而另一些人则称之为工业元宇宙。借助 Meta（前身为 Facebook），马克·扎克伯格 (Mark Zuckerberg) 正试图将元宇宙构建为一个虚拟聚会场所，人们可以在其中以化身的形式进行互动。但这仍然进展缓慢。在工业中，这可能会更快。因为很多产品和工厂已经在这里用 3D 计算机模型开发，以后不必创建。最迟自冠状病毒大流行以来，许多公司也一直在使用 AR 和 VR 数据眼镜（增强现实或虚拟现实），例如B.配备上门服务。尤其是大公司和研究机构正在为工业虚拟宇宙研究解决方案。ICT 的 Fraunhofer 小组提供了“（工业）Metaverse 的技术和用例”的概述。据彭博社分析师称，到 2030 年，这方面的总市场规模将达到 8250 亿美元左右，年增长率为 39%。除了工业，社交媒体集团、游戏行业和生活方式品牌在这里特别活跃。

工作世界：人工智能和创造力的变化

目前有关于人工智能 (AI) 应用程序如何接管线性例行任务并在可以轻松自动化的活动发生时提供支持的讨论。在此过程中，大量员工可以有更多的自由来执行需要经典人类品质（例如同理心、创造力和社交智能）的任务。尤其是创造力现在是所有行业员工最抢手的软技能之一，并将对未来的资格方面和角色理解产生影响。

另一方面，人工智能在未来可能会变得富有创造力：例如，在产品设计中，人工智能已经可以根据某些设计参数或测试材料要求为原型制作模型。智能算法还可以探索和可视化美学可能性。创造性人工智能是否以及在何种程度上实际上在伦理和道德上是可取的，这是一个我们应该问自己的问题。西蒙比施

健康：mRNA药物也能抗癌？

随着针对 Covid-19 疫苗的开发，mRNA 疫苗一词变得流行起来。与传统疫苗不同的是，人体自身会产生引发疾病的结构成分。为此，通过疫苗接种引发疾病的特定无害蛋白质的遗传蓝图。然后由它自己的细胞产生，然后有机体学习特定的免疫反应。

针对严重疾病，尤其是癌症的基于 mRNA 的免疫疗法的研究也已经进行了很长时间。与传统的预防性疫苗接种不同，肿瘤已经存在于体内并且可以被免疫系统耐受。因此，疫苗接种必须使癌细胞再次被标记为外来细胞，并被免疫系统对抗。这需要了解潜在的复杂细胞过程。这些可能因癌症类型而有很大差异，但也取决于患者和疾病的阶段。目前正在进行有希望的临床研究，以研究这种治疗结肠癌和皮肤癌的方法。如果成功，mRNA 药物可以从根本上改变癌症治疗。西尔维·赖克斯·德弗拉森

农业技术 4.0：农业机器人可持续耕作

大型拖拉机仍然是我们田野上的特色。然而，越来越多的高度自动化和自主农业机器人现在正在引起轰动。例如，在 12 月初于柏林举行的数字峰会上，联邦总理奥拉夫·舒尔茨 (Olaf Scholz) 发现了霍恩海姆大学的 Phoenix 农业机器人（图片），并将其置于聚光灯下。这样做有充分的理由：小型机器压实土壤的程度低于大型拖拉机，并且可以使用特殊传感器根据实际需要调整农药和化肥的使用。这减少了当前农业与环境、气候和物种保护之间的冲突。

“农业 4.0”，即 VDI 2030 年可持续农业技术路线图，还描述了通往更可持续农业的道路。农业技术”。除了数字化和人工智能，这还涉及提高能源和资源效率的应用。这导致进一步需要进一步的教育和培训以及使用自主农业机械的法规。秋

农业：庄稼在黑暗中生长

照片：panthermedia.net/fikmik

几十年来，全球人均可耕地面积持续下降，而与此同时对粮食的需求却在增加。由于自然光合作用的效率低至 1% 左右，因此正在寻求新的方法来优化有用植物的栽培。使用两阶段过程，美国研究小组成功地提高了小规模的光合作用效率，并允许生长过程在黑暗中进行。

在第一步中，使用光伏的电催化将二氧化碳转化为醋酸盐，一种醋酸盐。藻类、真菌和植物在第二步中使用它来产生能量和作为它们生长的碳源。由于最后一步是独立于光线进行的，因此未来农作物可能会在耕地以外的黑暗中以这种方式生长。这种新方法是否可以为全球抗击饥饿做出贡献，或者是否只有载人航天任务将作为一种奇特的应用从中受益，还有待观察