工程科学：迈向白金社会的重要步骤——氢导向的社会发展

工程2015，1（1）：18 -20迈向白金社会：工程科学小宫山博21世纪将是人类历史的转折点。因此，我坚信工程科学也将被迫经历一场重大的历史变革。今天，人类正处于一个具有重要历史意义的关键时期，类似于工业革命时期。这对于生活在发达国家的人们来说尤其如此，他们享受着数量上的富裕和长寿。人类的下一个目标应该是提高人类的生活质量。我想用“白金社会”这个名字我相信白金协会将为未来的进一步发展开辟新的天地。为此，我们从工程科学中寻求创新，以实现一个通过回应公民对生活质量的渴望而增长的社会实现白金社会的重要步骤包括创建一个可持续的能源系统，并创建一个充满活力的社会，以长寿为特色。我想介绍日本工程科学界在努力解决这些问题时所面临的一些主要议程项目。一个氢导向的社会发展可持续能源系统的一个重要步骤是如何实现以氢为导向的社会。氢的重要性可能在于与其应用有关的四个方面。第一个领域涉及氢在燃料电池中的使用：发电单元，其通过氢介质使用电化学反应有效地产生电力，而不燃烧燃料。燃料电池将有广泛的应用，包括用于家庭、汽车、工业、发电、移动电话、航空航天等。第二个领域涉及使用氢作为清洁能源：当燃烧时，它只产生水作为废物。第三个领域规模更大，涉及使用氢作为一种手段，将我们的社会转变为一个不再依赖化石燃料的可持续移动社会。第四个也是最后一个领域涉及以氢的形式储存来自自然能源的电力。由于来自自然能源的电力在可用性上会受到急剧波动的影响，使用氢来储存它将扩大我们接受电力作为电力系统中可再生能源的能力。利用氢的优点的几种产品已经投放市场，它们的用途正在扩大。例如，2014年12月，丰田汽车公司开始销售一种名为“ENE-FARM”的家用燃料电池产品的推广已经达到10万台，这种产品可以在家里生产电力和热水。东京都政府已经制定了到2025年将该市燃料电池汽车数量增加到10万辆的目标，并将加氢站数量增加到80个。由于这些发展，东京将成为日本工程院院长作者（S）2015出版社：Engineering Sciences Press这是CC BY许可下的开放获取文章（http：//creativecommons.org/licenses/by/4.0/）018工程第1卷·第1期·2015年3www.engineering.org.cn意见和评论意见和评论到2020年东京奥运会和残奥会举行时，能够投射出氢驱动社会的具体形象。在日本九州大学内设立了氢利用卓越研究中心。 在佐佐木一成教授的领导下，日本和海外的研究人员正在研究和开发安全的氢基础设施和具有高效率，长寿命和低成本的下一代燃料电池。然而，随着这些活动所产生的结果的差异，仍然迫切需要一个社会实施过程。今后，需要进行研究，将包括制氢在内的整个氢利用系统整合为一个可持续和可行的系统。大规模引进可再生能源建立可持续能源系统的另一个重要议程项目是如何大规模引进可再生能源。自东日本大地震灾害以来，日本政府率先加快了可再生能源的引进。然而，2013财年可再生能源对总发电量的贡献仍为11%，其中8.8%来自水电，2.2%来自非水电。如果日本希望摆脱目前对化石燃料能源的严重依赖，就需要设定一个更雄心勃勃的目标。作为长期目标，日本应致力于实现能源供应的准自给自足状态。基于对这一目标的认识以及技术验证，日本科学技术厅低碳社会战略中心（LCS）副主任Koichi Yamada先生制定了一个现实的方案，即到2050年，日本的电力供应来源组合主要由太阳能和风能组成。这一方案成功的关键是能源效率，太阳能发电成本的大幅降低，蓄电池生产成本的显著降低以及大规模引入其它可再生能源。在能源效率领域，该设想表明，到2030年，家庭能源消费将减少到目前消费的四分之一。减少的原因是节能家电、环保汽车、隔热住房和光伏发电的增加。同样，到2030年，光伏发电的成本将降低到目前成本的四分之一，即6日元·（kWh）在这种情况下，由于引入新材料来替代当前的硅材料，以及在结构化光伏电池中预期的技术创新，能量转换效率将提高约30%，因此将发生降低。降低蓄电池制造成本的关键在于大规模生产、提高生产工艺和能量密度。根据这一设想，到2030年，蓄电池的制造成本将降至目前成本的约三分之一，即5.1日元·（Wh）此外，风力发电和小型水力发电的成本将有可能减少目前成本的大约一半。生物质发电的成本也有可能降低约三分之一。(Note为了在日本促进生物质发电的使用，为了确保木屑的持续供应，必须进一步促进林业产业。在这种情况下，成本的降低使我们能够想象日本未来的能源组合，主要包括太阳能和风能。光伏发电和风力发电具有互补关系，因为它们的季节性发电高峰不同。根据该情景，2050年的电力供应结构将包括：光伏发电满足总需求的50%;风力发电满足20%;水力发电满足20%，核电发电作为基本负荷电力;其余为火电一代如果需要进一步调整，蓄电池将被添加到电源组合中。这样的情景不仅仅是对未来的预测;它旨在提供一种方法学，通过回溯来识别和推导未来技术发展的明确目标。为此目的，议程包括发展进程以及现有社会机构造成的社会问题。健康独立长寿最后，我要谈一谈建设充满活力的长寿社会的目标。根据东京大学老年学研究所的Hiroko Akiyama教授的说法，不到20%的日本男性将从60多岁开始失去自主性，并将减少到需要长期护理，从70岁出头一直到死亡。70%的人将能够在70多岁之前过上自主的日常生活，然后逐渐失去自主权。11%的人即使在90岁时也会保持健康。这些统计数据意味着，如果提供一点支持，80%的日本男性可以期望在80多岁时过上健康的日常生活，并有可能参与社会活动。根据这些统计数据，我们可以假设，80%的日本男性需要以健康和自主为主题的工程创新，而20%的日本男性需要以医疗和护理为主题的工程创新。例如，如果个人诊断信息、健康信息和遗传信息以大数据的形式被整合、分析和使用，则在包括药物发现、饮食教育和运动在内的许多领域开发更精细的健康和医疗服务的新可能性将被打开。如果个人数据能够通过云计算系统与社区医疗保健网络连接，则可以随时随地提供基于精确信息的适当治疗。在护理领域，支持自主性的机器人正在开发中。例如，一个机器人，www.engineering.org.cn第1卷·第1期·2015年3月工程019意见和评论名 为 HAL 的 护 理 正 在 由 筑 波 大 学 的YoshiyukiSankai教授开发。在开发这种机器人的过程中，脑机接口（BMI）将是未来的关键要素。BMI是一种以数字方式显示大脑活动状态的技术，并将其反映在机器、信息和通信设备的操作中。相反，也有可能将外部刺激转化为神经信号，并将其发送到人脑中，使各种人类感觉功能得以恢复和加强。自主支持在不久的将来，可以由大脑通过思维来控制的装在手臂或腿上的机器人将成为可能。我们甚至可以说，多亏了BMI，只要保持良好的大脑功能，就有可能过上舒适的日常生活。BMI是一项创新技术，它将使我们朝着我们的愿景目标迈出一大步，即每个人都能够过上有尊严和幸福的自主日常生活。工程科学的过程是一个不断创新的过程，不断地朝着解决社会问题的方向发展。这个过程几乎是一样的一步一步地创建一个精致的整体系统，其中完美地集成了各种基本技术。我所介绍的日本工程科学界面临的一些主要挑战的例子将现实地证实这一点。面向白金社会的工程科学现在需要能够识别和构建具体的议程，以及有效动员和系统整合各种人力资源，思想和技术来解决问题的能力。生物医学系最新成果评述工程2015，1（1）：20DOI 10.15302/J-ENG-2015020Thoraxcenter工程，Erasmus MCBertrand van Ee生 物 医 学 工 程 是 伊 拉 斯 谟 医 学 中 心Thoraxcenter的一个研究小组，在学术工程师、临床医生和工业界的“金三角”中有着悠久的创新传统。这种传统始于70年代早期，例如，超声心动图和基于导管的超声成像的发展。创始人NicolaasBom教授和他的继任者Antonius van derSteen教授都是荷兰科学院技术与创新（AcTI）。心跳OCT是该研究小组的最新成果。它是一种基于微电机的成像导管，可以对冠状动脉进行清晰的无运动伪影图像。通过使用这些成像导管，可以指导基于导管的心脏病发作和胸痛治疗，并且其质量将得到改善，从而减少不得不再次治疗的人数。这一发展将对保健及其伴随费用产生巨大影响。荷兰技术与创新学院（AcTI）作者（S）2015出版社：Engineering Sciences Press这是CC BY许可下的开放获取文章（http：//creativecommons.org/licenses/by/4.0/）020工程第1卷·第1期·2015年3www.engineering.org.cn