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　　導讀：為明天的大都市設計的生態藍圖向我們展示了清新的空氣、清潔的水源和永不堵車的交通體系。

　　今年下半年，全世界的城市人口將有史以來第一次超過全球總人口的一半。而這種發展趨勢絲毫沒有減慢的跡象。到2030年，將會有超過50億人居住在城市環境中—現在的數字是33億—發展中國家的農村人口還在不斷地涌入城市，尋求更好的教育和更高收入的工作。

　　這種發展不可避免的結果便是大城市。在亞洲和非洲，這種大規模的城市結構已經初見端倪。比如我國廣東省的東莞就是個典型的例子，20年前這里還只是一個中等規模的城鎮，如今已經擁有700萬人口。更為極端的例子是尼日利亞的前首都拉各斯，到2015年，其人口總數可能會達到2400萬人，而上世紀70年代時僅為300萬人。這樣的增長帶來了深切的生態學問題。

　　年輕的大都市可能會成為一個個的噩夢—如果它們像墨西哥城那樣發展的話：在這座擁有1800萬人口的城市中，劣質的供水管網絡系統流失了40%的飲用水，而每年因為空氣污染而導致生病的居民總計要損失掉相當于250萬個工作日。

　　其實城市并不是一定要走上這條發展之路—如果能夠很好地進行規劃，它們的結果會截然不同。

　　城市密度和理性的中心規劃是首要問題，也是建設生態生存環境的第一步。就拿美國紐約來說：每個紐約市民所造成的碳排放要比美國的平均水平低2/3，這主要得益于其公共交通系統。而紐約市的供暖系統同樣擁有很高的效率，這是因為它采用了輻射式的設計，公寓之間能夠相互共享。還有很多重要的綠色法案，比如紐約市長麥克·布魯伯格提出的到2030年減少城市碳排放30%的計劃，也起到了重要的作用。對于那些長期以來一直向往這樣目標的新興城市的規劃者來說，這是最接近理想的狀況。

　　但一座完美的大都市又該是個什么樣子呢？在接下來的幾頁中，你將看到一些由科學家、工程師和設計者帶來的最理想的設計方案。其中的解決方案包括自動化、人性化的公交車，飄浮在空中的通勤交通艙，摩天大樓農場，直接噴涂的太陽能電池和潮汐發電機。盡管其中有些可能需要再過50年才能投入商用，但它們卻勾劃出了一個未來，那就是利用綠色技術使城市成為它最希望變成的樣子—自給自足的可持續發展。

　　交通

　　自己駕駛公共小電車電動的City Car城市車[1]的靈感源于麻省理工學院的研究者。它就像是超市中的購物車：你可以從任何主要交通節點(比如地鐵站附近的停車場)開走一輛這樣的雙座小車，將它開到你目的地附近的另一個交通站，把它停在那里，然后繼續你的旅程。今天的汽車每天有95%的時間都是停著不動的，而且還霸占著本來就十分珍貴的停車空間，而這種小車在存儲的時候還能夠折疊起來。城市車最吸引人的地方還在于它提供了一種全新的能量消費方式：它通過車頂的太陽能板充電，還能在停車時將多余的能量輸入城市電網。

　　沒有司機的公交車為了減少擁堵和污染，城市可采用自動駕駛的公交車[2]，它們依靠生物柴油和電力組成的混合動力驅動。公交車能夠通過跟蹤特定車道上安裝的磁性標志停靠到乘客身邊，同時由中央計算機控制選擇乘客最多的線路、發車頻率和總體的線路容量。

　　靠路上氣流發電開得更快也能節省能源。由建筑師馬克·奧博赫茲發明的風力渦輪機將會排列在所有公路的中央，依靠從旁邊高速通過的汽車所卷起的氣流為城市電網供電。

　　低造價永磁體磁懸浮美國加州的Unimodal公司提出的Skytran是一種能夠按照實際需要運行的磁懸浮軌道交通系統[3]，它每小時最多可運送14400人次的旅客—這個數字相當于一條3車道公路。一個個獨立的雙座客艙掛在一條單線高速軌道上，運行速度最高可達240千米/小時。到達目的地后，它們就會轉入相互間隔400米的停靠車道，在到達和出發站臺排成一列。軌道上排列著磁線圈，而軌道艙上所采用的是永磁體而不是耗費能量的電磁系統。整套系統的造價大約是每千米620萬美元，這個數字僅僅是目前輕軌系統的1/10。

　　海藻公園生產氫氣海藻動力公園[15]是一個大約330平方米的池塘，上面漂浮著一種由加州大學伯克利分校培育的特殊種類海藻，其制造氫氣的能力將達到天然海藻的100萬倍。在池塘底部的設施中，海藻釋放的氫氣經過脫氧、脫硫處理后被收集灌裝到氣球狀的罐體中，每個氣球中所收集的能量足夠12輛車跑上一個星期。

　　人行道上收集踩踏能量建筑師詹姆斯·格拉哈姆和泰迪伍斯·朱斯凱克所設想的Crowd Farm[4]是一條能發電的人行道，遍布城市各處的人行道可以將每天無數次的踩踏能量收集起來。它的工作原理就像是直流電動機：在人體重量的作用下，安裝在人行道上的地磚會輕微下陷并相互擠壓，在這個過程中，有一臺設備將其中的能量轉化為電流。如果安裝在繁忙的火車站，Crowd Farm所產生的能量可以用來點亮6500個發光二極管—足夠火車站的照明使用了。

　　食物和水

　　從海洋高效取淡水地球上的所有水資源中，只有不到1%能夠飲用，缺少清潔的水源是大都市難以擺脫的煩惱之一。幸運的是，加州大學洛杉磯分校的材料科學家艾瑞克·霍克已經創造了一種海水脫鹽系統[16]，能夠將海洋變成一個巨大的水廠。霍克的發明是一種管膜，每個的直徑只有人頭發的十萬分之一。這種尺寸能夠阻止鹽分通過，但純凈的水卻能暢通無阻。親水聚合物制成的涂層能幫助水穿過膜層，同時擋住包括細菌在內的其他物質。霍克的早期試驗顯示，這種薄膜的效率要比傳統的蒸餾脫鹽系統高50%。

　　管道機器人查漏水像紐約這樣的大城市每天都會浪費掉4%的水資源，也就是將近13萬噸水。為了及時發現和修補漏水的管道，伍茲霍爾海洋研究所的研究人員開發出了一種自動化的水下機器人[5]，裝備了視頻攝像機和聲納來巡查供水管道。高樓里種莊稼農業是全球變暖的禍首之一。有機食品會好些嗎？在運輸和耕作過程中所使用的化石燃料同樣會抵消掉它們在生態上帶來的好處。一個更好的解決方案是在我們居住的地方種植農產品。一家名為Organitech的以色列公司所提出的垂直農場概念是一個有30層樓高、依靠機器人自動管理的無土栽培綠洲[6]，它能夠制造出足夠養活5萬人的食物和水。蔬菜漂浮在聚苯乙烯泡沫托盤上，其底部的軌道能夠自動調節營養物質，并能將其移動到種植、培育和收獲的工作站上。灌溉水源來自經過過濾的下水道廢水，并經過斑馬紋貽貝的凈化。這樣，水能夠為這里超過100種的不同作物提供養分。

　　建筑

　　外墻作用大這座10層樓高的建筑[7]的基礎來自法國建筑師杰奎斯·費里爾的設計，其中到處都能看到對生態的考慮。外部的混凝土網格結構負責支撐整棟建筑的結構負載，上面覆蓋著光電池和雨水管道。雨水進入一個中央提純系統并為整棟建筑提供干凈的水源。在建筑的頂部能安設風力發電裝置，而底部的地熱井可以取代空調和鍋爐，大樓底部的恒溫巖床能在夏天冷卻水，或者是在冬天為其加溫。多功能的氣泡房

　　舊金山的IwamotoScott建筑公司設想了這樣一種居民樓[8]，它同時還能承擔過濾水的工作，制造出可以安全飲用的自來水。這項技術的基礎是一種智能的“水外殼”—包裹著建筑物正面的厚厚的多孔外殼，雨水管道直接穿過里面的中空結構，在這里通過紫外線進行凈化。在建筑物頂部安裝有填充著鹽溶液的“枕頭”，當外界環境較熱時，鹽就會變成液態吸收熱量，從而降低環境溫度；當外面很冷時，它又會凝固起來，在釋放熱量的同時，還能起到隔熱保溫的作用。

　　能源

　　地下超級電網洛克菲勒大學的杰斯·奧色貝爾提出的Supergrid超級電網[9]將超導電纜與氫管道結合了起來。冰冷的液態氫在通過管道網絡的同時，能夠為電纜降溫，減少由電阻產生的能量損失。管道還能同時快捷地為交通系統傳送氫燃料。

　　可噴涂的太陽能電池幾乎每一座建筑都能為自己提供足夠的電能，而這要依靠一種價格便宜、可以直接噴涂的太陽能電池[10]。由新澤西理工學院的化學家索米納什·密特拉發明的這種粘性溶液中包含有兩種納米微粒—一種用來捕捉陽光，另一種能將它轉化為電能。

　　高效風力電廠現有的風力渦輪發電機受到機械系統的限制，因為其中的軸承經常磨損。而在去年于北京召開的亞洲風能大會暨國際風能設備展覽會(WindPower Asia)上出現的磁懸浮渦輪[11]能夠解決這個問題。一系列垂直的葉片安裝在釹永磁體上，完全擺脫了需要消耗能量的電磁。由于取消了軸承，摩擦力也將最小化，渦輪機在風力只有0.9米/秒時即可開始發電。單臺磁懸浮渦輪發電機就能提供足夠80萬個家庭使用的電能。

　　潮汐渦輪發電機

　　根據科學家的估算，海洋能夠提供20億千瓦的能量，大約相當于今天全世界能源總消耗量的12%。駕馭這種能源的一種方案是潮汐渦輪發電機[12]。英國布里斯托爾的海洋發電廠正在愛爾蘭海岸外的一個海峽中安裝世界上最大的潮汐能渦輪發電機，其產生的能量足夠1000戶家庭使用。置于海底最深40米處(深度取決于當地潮汐情況)的渦輪機組能夠像風車一樣工作，在潮水上漲推動旋槳葉片轉動時，就會驅動發電機的轉動；而退潮時，只要切換轉軸方向，還能讓葉片反轉繼續發電。下一個投入建設的項目將在威爾士附近的海岸，那是一個由7臺渦輪機組成的10500千瓦的發電設施。

　　靠海浪發電另一種方案被稱為Wavebob[13]，它能將海浪轉化為電能。該系統擁有兩個基本組件：一個是安裝在沉于海中的重物上的中央圓柱體，另一個是環繞在圓柱體外側、能夠漂浮于海面的環形輕重量漂浮物。當海浪涌來時，外層的環狀物就會隨著波浪上下涌動，其運動速度要遠遠快于移動緩慢的中央圓柱體。兩個部分之間通過液壓機構相連，它們之間的相對運動會壓縮液壓機構中的油，從而驅動發電機運轉。設備會監控海浪的情況，并據此調整液壓阻力以便優化發電效率，在海流過于洶涌可能撕裂兩個部件時，它還會主動將圓柱體與圓環分離，避免損傷。今年夏天，發明該設備的公司將會使用1/4比例樣機在愛爾蘭的戈爾韋海灣進行完整的試驗。到2010年，全尺寸樣機將能夠產生1500千瓦的電能。該公司的首席執行官安德魯·帕里斯說：“哪里有海浪，我們就去哪里。”