可持續(xù)技術(shù)

2024年11月，聯(lián)合國氣候變化大會（COP29）發(fā)布了《COP29綠色數(shù)字行動宣言》，其前三大目標(biāo)是“……利用數(shù)字技術(shù)和工具開展氣候行動……建設(shè)具有韌性的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施……［以及］減輕數(shù)字化對氣候的影響。”此次大會及其宣言強調(diào)了全球?qū)η鍧嵓夹g(shù)日益增長的投入。清潔技術(shù)旨在減輕或扭轉(zhuǎn)人類活動對環(huán)境的影響。

隨著全球社會持續(xù)擴大現(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)對環(huán)境和人類的影響正變得尤為重要。本文將概述貿(mào)澤此前探索過的可持續(xù)技術(shù)，并闡述其中的每一項對清潔技術(shù)總體目標(biāo)的重要性。

Part 1儲能

太陽能、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)，就需要在儲能系統(tǒng)和備用電源領(lǐng)域加以創(chuàng)新。

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

與此同時，電池儲能技術(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)向新型拓撲結(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

對可再生能源的日益重視，也對電網(wǎng)的發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。傳統(tǒng)電網(wǎng)初時設(shè)計為單向電力傳輸，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)能夠更好地匹配實時電力供需，同時盡可能降低成本并保持穩(wěn)定性和可靠性。先進傳感器、雙向通信和實時數(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、分散的能源來源整合到電網(wǎng)中的場景。這些DER可實現(xiàn)本地化的能源生產(chǎn)和存儲，并且通常通過微電網(wǎng)進行管理，以支持可再生能源的采用并增強電網(wǎng)韌性。

微電網(wǎng)是將不斷增長的能源生產(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地點的位置進行生產(chǎn)、存儲和分配。

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。高級計量基礎(chǔ)設(shè)施（AMI）系統(tǒng)可提供雙向通信，以實現(xiàn)實時能源管理、精準(zhǔn)的需求預(yù)測和自適應(yīng)的電力流動調(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)類似，車輛也已實現(xiàn)數(shù)字化。現(xiàn)代車輛配備了傳感器、軟件和互聯(lián)功能，能夠與其他車輛、基礎(chǔ)設(shè)施甚至電網(wǎng)進行通信。這種車聯(lián)網(wǎng)（V2X）通信的集成，為提升車輛性能、安全性和效率奠定了基礎(chǔ)，同時還能夠支持自動駕駛和能源管理等新興技術(shù)。

隨著車輛與智能電網(wǎng)的融合，它們不再僅僅是能源消費者，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，并支持未來的可持續(xù)發(fā)展。

Part 4空氣與環(huán)境

隨著氣候變化問題日益突出，空氣質(zhì)量已成為大家關(guān)注的焦點。我們都知道空氣污染物會導(dǎo)致長期環(huán)境影響，但室內(nèi)空氣質(zhì)量（IAQ）的問題往往更為緊迫，因為不良的室內(nèi)空氣狀況可能導(dǎo)致嚴(yán)重的健康問題。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，尤其是在人們長時間停留的場所，如辦公室、住宅和學(xué)校。

傳感器技術(shù)的進步使IAQ監(jiān)測變得更加便捷且經(jīng)濟高效。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)動精度。此外，無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，傳感器可以幫助識別揮發(fā)性有機化合物（VOC）、灰塵或霉菌等污染物的來源，并提示采取簡單的應(yīng)對措施（如重新布置設(shè)備或改善通風(fēng)），而不是進行昂貴的全面改造。

在這個領(lǐng)域中，清潔技術(shù)的創(chuàng)新具有更廣泛的意義。將先進傳感器集成到物聯(lián)網(wǎng)中，可實現(xiàn)空氣和水質(zhì)實時監(jiān)測與維護。傳感器技術(shù)的持續(xù)發(fā)展為自動化環(huán)境監(jiān)測系統(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時代，物聯(lián)網(wǎng)、5G、AI和機器學(xué)習(xí)（ML）等技術(shù)推動了各行各業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化，其帶來的效率提升可謂影響深遠。而新一代的工業(yè)5.0，則旨在充分利用人類專家的創(chuàng)造力，并結(jié)合機器的高效、智能和精準(zhǔn)，通過人機合作打造資源高效、用戶青睞的制造解決方案。

協(xié)作機器人（cobot）是這場變革的關(guān)鍵所在。與傳統(tǒng)機器人不同，協(xié)作機器人與人類并肩工作，提升高生產(chǎn)力并減輕人類的負擔(dān)，而非取代人類。協(xié)作機器人可在監(jiān)督下自主工作，并將戰(zhàn)略和創(chuàng)意決策權(quán)交給人類。這種模式可以實現(xiàn)工業(yè)4.0缺失的工作流程靈活性。它還可以通過優(yōu)化生產(chǎn)流程，實現(xiàn)勞動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)不斷變化的消費者需求，從而減少產(chǎn)量過剩和相關(guān)的浪費問題。這種“即時生產(chǎn)”模式能夠盡可能減少庫存過剩，促進可持續(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、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防等領(lǐng)域。碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等材料在功率轉(zhuǎn)換過程中能夠盡可能減少能量損耗，這得益于其高開關(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，同時發(fā)熱量遠低于硅器件。

WBG半導(dǎo)體及其不斷發(fā)展的拓撲結(jié)構(gòu)，對當(dāng)今盛行的高能量密度趨勢至關(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拓撲結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)高達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未來展望

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