可持續(xù)技術(shù)

2024年11月，聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)（COP29）發(fā)布了《COP29綠色數(shù)字行動(dòng)宣言》，其前三大目標(biāo)是“……利用數(shù)字技術(shù)和工具開(kāi)展氣候行動(dòng)……建設(shè)具有韌性的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施……［以及］減輕數(shù)字化對(duì)氣候的影響?！贝舜未髸?huì)及其宣言強(qiáng)調(diào)了全球?qū)η鍧嵓夹g(shù)日益增長(zhǎng)的投入。清潔技術(shù)旨在減輕或扭轉(zhuǎn)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響。

隨著全球社會(huì)持續(xù)擴(kuò)大現(xiàn)有技術(shù)和新技術(shù)的應(yīng)用，打造創(chuàng)新解決方案以減輕這些技術(shù)對(duì)環(huán)境和人類(lèi)的影響正變得尤為重要。本文將概述貿(mào)澤此前探索過(guò)的可持續(xù)技術(shù)，并闡述其中的每一項(xiàng)對(duì)清潔技術(shù)總體目標(biāo)的重要性。

Part 1儲(chǔ)能

太陽(yáng)能、風(fēng)能和水力發(fā)電等可再生能源在清潔技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。到2022年，可再生能源發(fā)電總量已超過(guò)8,500TWh，較2021年增加600TWh（近8%）。要將更多可再生能源并入電網(wǎng)，就需要在儲(chǔ)能系統(tǒng)和備用電源領(lǐng)域加以創(chuàng)新。

傳統(tǒng)的機(jī)械式儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS），如抽水蓄能和飛輪儲(chǔ)能，都是有效且簡(jiǎn)單的方案，但卻受制于成本和效率限制。諸如熔鹽系統(tǒng)等熱儲(chǔ)能解決方案在儲(chǔ)熱方面具備優(yōu)勢(shì)，并且隨著技術(shù)進(jìn)步，正逐漸成為可行方案。至于氫儲(chǔ)能技術(shù)，由于電解材料的改進(jìn)降低了對(duì)昂貴組件的需求，因而也越來(lái)越接近廣泛應(yīng)用，其發(fā)展勢(shì)頭也愈發(fā)強(qiáng)勁。

與此同時(shí)，電池儲(chǔ)能技術(shù)也在迅速發(fā)展。雖然鋰離子電池一直廣受青睞，但因熱失控引發(fā)的安全擔(dān)憂正促使這方面的研發(fā)轉(zhuǎn)向新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。諸如磷酸鐵鋰（LFP）電池、鈉離子電池、固態(tài)電池等技術(shù)有望提升功率密度、充電/放電速度以及安全性。

Part 2能源基礎(chǔ)設(shè)施

對(duì)可再生能源的日益重視，也對(duì)電網(wǎng)的發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。傳統(tǒng)電網(wǎng)初時(shí)設(shè)計(jì)為單向電力傳輸，往往效率低下、缺乏靈活性，并且難以整合可再生能源。

采用數(shù)字技術(shù)、傳感器和軟件的智能電網(wǎng)能夠更好地匹配實(shí)時(shí)電力供需，同時(shí)盡可能降低成本并保持穩(wěn)定性和可靠性。先進(jìn)傳感器、雙向通信和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析有助于優(yōu)化能源使用、整合可再生能源并提升電網(wǎng)韌性。

智能電網(wǎng)非常顯著的特征是分布式能源資源（DER）構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)。智能電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施必須考慮到將眾多小型、分散的能源來(lái)源整合到電網(wǎng)中的場(chǎng)景。這些DER可實(shí)現(xiàn)本地化的能源生產(chǎn)和存儲(chǔ)，并且通常通過(guò)微電網(wǎng)進(jìn)行管理，以支持可再生能源的采用并增強(qiáng)電網(wǎng)韌性。

微電網(wǎng)是將不斷增長(zhǎng)的能源生產(chǎn)向提升能源安全性的方向引導(dǎo)的一種巧妙解決方案。微電網(wǎng)作為本地化、自給自足的系統(tǒng)，可確保能源在更靠近消費(fèi)地點(diǎn)的位置進(jìn)行生產(chǎn)、存儲(chǔ)和分配。

規(guī)模更大的母智能電網(wǎng)必須與微電網(wǎng)建立通信，以確保電網(wǎng)的可靠性和效率。高級(jí)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施（AMI）系統(tǒng)可提供雙向通信，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)能源管理、精準(zhǔn)的需求預(yù)測(cè)和自適應(yīng)的電力流動(dòng)調(diào)整。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、5G和人工智能（AI）等工業(yè)4.0元素也正在融入電網(wǎng)，以構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)（IoE）。

Part 3智能交通

與電網(wǎng)類(lèi)似，車(chē)輛也已實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。現(xiàn)代車(chē)輛配備了傳感器、軟件和互聯(lián)功能，能夠與其他車(chē)輛、基礎(chǔ)設(shè)施甚至電網(wǎng)進(jìn)行通信。這種車(chē)聯(lián)網(wǎng)（V2X）通信的集成，為提升車(chē)輛性能、安全性和效率奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)還能夠支持自動(dòng)駕駛和能源管理等新興技術(shù)。

隨著車(chē)輛與智能電網(wǎng)的融合，它們不再僅僅是能源消費(fèi)者，而是成為能源生態(tài)系統(tǒng)的積極參與者，為提升電網(wǎng)穩(wěn)定性和能源效率做出貢獻(xiàn)，并支持未來(lái)的可持續(xù)發(fā)展。

Part 4空氣與環(huán)境

隨著氣候變化問(wèn)題日益突出，空氣質(zhì)量已成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。我們都知道空氣污染物會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)期環(huán)境影響，但室內(nèi)空氣質(zhì)量（IAQ）的問(wèn)題往往更為緊迫，因?yàn)椴涣嫉氖覂?nèi)空氣狀況可能導(dǎo)致嚴(yán)重的健康問(wèn)題。室內(nèi)空氣質(zhì)量可能比室外空氣質(zhì)量差兩到五倍，因而改善IAQ至關(guān)重要，尤其是在人們長(zhǎng)時(shí)間停留的場(chǎng)所，如辦公室、住宅和學(xué)校。

傳感器技術(shù)的進(jìn)步使IAQ監(jiān)測(cè)變得更加便捷且經(jīng)濟(jì)高效。如今，空氣質(zhì)量傳感器比以往體積更小、精度更高，而且物聯(lián)網(wǎng)和AI也正在提升傳感器的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)精度。此外，無(wú)線傳感器也日益流行，因其靈活性而備受青睞，尤其是在現(xiàn)有建筑的改造中。選擇合適的傳感器并平衡成本、性能和能效，對(duì)于提供有意義且可操作的數(shù)據(jù)至關(guān)重要。

IAQ的直接目標(biāo)是提供可操作的深度認(rèn)知。例如，傳感器可以幫助識(shí)別揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）、灰塵或霉菌等污染物的來(lái)源，并提示采取簡(jiǎn)單的應(yīng)對(duì)措施（如重新布置設(shè)備或改善通風(fēng)），而不是進(jìn)行昂貴的全面改造。

在這個(gè)領(lǐng)域中，清潔技術(shù)的創(chuàng)新具有更廣泛的意義。將先進(jìn)傳感器集成到物聯(lián)網(wǎng)中，可實(shí)現(xiàn)空氣和水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與維護(hù)。傳感器技術(shù)的持續(xù)發(fā)展為自動(dòng)化環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)，從而提升系統(tǒng)可靠性和精度。

Part 5工業(yè)5.0

工業(yè)4.0時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)、5G、AI和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）等技術(shù)推動(dòng)了各行各業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，其帶來(lái)的效率提升可謂影響深遠(yuǎn)。而新一代的工業(yè)5.0，則旨在充分利用人類(lèi)專(zhuān)家的創(chuàng)造力，并結(jié)合機(jī)器的高效、智能和精準(zhǔn)，通過(guò)人機(jī)合作打造資源高效、用戶(hù)青睞的制造解決方案。

協(xié)作機(jī)器人（cobot）是這場(chǎng)變革的關(guān)鍵所在。與傳統(tǒng)機(jī)器人不同，協(xié)作機(jī)器人與人類(lèi)并肩工作，提升高生產(chǎn)力并減輕人類(lèi)的負(fù)擔(dān)，而非取代人類(lèi)。協(xié)作機(jī)器人可在監(jiān)督下自主工作，并將戰(zhàn)略和創(chuàng)意決策權(quán)交給人類(lèi)。這種模式可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0缺失的工作流程靈活性。它還可以通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)勞動(dòng)力和材料的高效利用。

制造業(yè)靈活性的真正要義，在于能夠快速調(diào)整生產(chǎn)規(guī)模以適應(yīng)不斷變化的消費(fèi)者需求，從而減少產(chǎn)量過(guò)剩和相關(guān)的浪費(fèi)問(wèn)題。這種“即時(shí)生產(chǎn)”模式能夠盡可能減少庫(kù)存過(guò)剩，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

Part 6半導(dǎo)體材料

清潔技術(shù)領(lǐng)域的許多進(jìn)步都源于材料創(chuàng)新。例如，寬禁帶（WBG）半導(dǎo)體正在提升眾多領(lǐng)域的能源效率，包括汽車(chē)、電源管理、可再生能源、工業(yè)、通信基礎(chǔ)設(shè)施以及航空航天和國(guó)防等領(lǐng)域。碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等材料在功率轉(zhuǎn)換過(guò)程中能夠盡可能減少能量損耗，這得益于其高開(kāi)關(guān)頻率、低導(dǎo)通損耗、高擊穿電壓和極小的寄生電容。此外，SiC和GaN的熱效率也更高，可以在高壓和高溫環(huán)境下工作，同時(shí)發(fā)熱量遠(yuǎn)低于硅器件。

WBG半導(dǎo)體及其不斷發(fā)展的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)當(dāng)今盛行的高能量密度趨勢(shì)至關(guān)重要。其中，GaN具有更小的物理尺寸以及在更高溫度和電壓下工作的能力，因而能夠?qū)崿F(xiàn)更高的功率密度。GaN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)高達(dá)40W/in2的功率密度，從而減少電力電子系統(tǒng)中所需的元器件數(shù)量。

Part 7未來(lái)展望

隨著全球?qū)G色解決方案的推動(dòng)力度不斷加大，人們的關(guān)注焦點(diǎn)將逐漸轉(zhuǎn)向清潔技術(shù)領(lǐng)域中的其他新興細(xì)分市場(chǎng)。