綠色轉型

節能攻堅

綠色低碳，美麗中國

從1991年開始，全國節能宣傳周活動每年都會舉辦，活動是實施全面節約戰略、開展節能降碳宣傳教育、推動形成綠色低碳生產生活方式的重要舉措。根據國家發改委及其他部門的安排，今年的節能宣傳周為5月13日至19日，主題是“綠色轉型，節能攻堅”。從2013年起的節能宣傳周的第三天為“全國低碳日”，也就是今天，今年的主題是“綠色低碳，美麗中國”。

低碳的生活方式越來越多地融入我們的日常習慣當中。但是在工程行業中如何做到低碳甚至零碳呢？

聯合國2015年《巴黎協定》表達了全球共識，即到2050年將全球平均氣溫較前工業化時期上升幅度控制在2攝氏度以內，并努力將溫度上升幅度限制在1.5攝氏度以內。

全球氣溫上升與大氣中溫室氣體（主要是二氧化碳）的增加有關。為了實現聯合國的目標，我們所有人都需要努力將大氣中溫室氣體的進一步增加降至最低。但它到底意味著什么，我們如何才能實現它？更具體地說，工程師們可以做些什么？

01什么是“凈零”

讓我們首先了解我們正在努力實現的目標。根據牛津凈零集團的說法，“ ‘凈零’是指減少溫室氣體排放和/或確保任何持續的排放通過清除來平衡。”

“凈零排放中的‘凈’很重要，因為在所需的時間范圍內將所有排放量減少到零是非常困難的。除了深度和廣泛的減排之外，我們可能還需要擴大清除規模。”

02凈零設計

就產品設計而言，工程師可以通過創造新產品來幫助終端用戶實現凈零排放。智能建筑設備就是一個例子。眾所周知，智能建筑設備的采用率很低，尤其是在住宅領域。原因有多種，包括成本、舊系統缺乏靈活性以及安裝人員對新技術的了解程度低。技術供應商可以幫助克服此類問題，比如通過加強對安裝人員的培訓，或者舉辦研討會以及孵化在線技術社區。智能建筑產品領域只是一個例子。在幾乎任何市場中，幫助用戶了解和應用節能產品都與創造產品本身一樣重要。

另一方面，如果消費者知道他們可以將設備投資分散到更長的時間段，而不必擔心他們選擇的產品系列可能在生命周期結束之前就過時或損壞，那么他們可能會被鼓勵購買昂貴但節能的產品——例如升級到智能照明和供暖。一些半導體制造商保證某些產品的使用壽命可以達到未來的特定日期。如果產品制造商能夠在消費市場提供類似的保證，這將有很大的好處。

目光遠大或思維敏捷的工程師也許能夠想出全新的發明，改變人們的行為方式，或推廣節能、環保活動。新技術層出不窮，讓以前不可能的事情成為可能。緊湊且價格實惠的高性能電池就是一個例子，它們可以實現新的電動汽車解決方案。此外，還有小巧易用的無線物聯網傳感器模塊，可以開箱即用，構建監控設備。如果在無人看管的地方開著燈或暖氣，傳感器就會發出警報，警示管理人員前往處理，避免能源浪費。

工程師還可以改進現有設備的設計，以減少運行時消耗的能源。比如得益于更現代的工藝技術和節能設計改進，新一代芯片的功耗幾乎總是低于其前代產品。工程師可以通過使用更高效的拓撲、數字電源原理和寬帶隙半導體來改進功率轉換電路。

此外，工程師還可以考慮物料清單中每個組件和子組件相關的碳排放，比如可以更改外殼等零件的設計以使用再生材料或低碳工藝生產的等效材料。

建筑行業已經廣泛討論了隱含碳，將其作為評估建筑設計和材料可持續性的一種方式。有人呼吁對任何類型的產品都實行通用的隱含碳標簽。蘋果等高科技公司在這一領域給全球提供了良好范本。

03智能？不智能？

隨著人工智能融入嵌入式系統甚至慣性傳感器等小型組件，我們能夠以比基于傳統處理的早期系統低得多的成本和功耗構建復雜功能的設備。機器學習系統可以通過避免浪費能源來協助脫碳：智能照明和供暖可以自動適應居住者的使用習慣，傳感器和檢查系統可以幫助減少浪費。

更普遍地說，將人工智能注入低功耗邊緣和嵌入式計算機系統以執行光學檢查、生物特征識別和對象分類等任務，可以節省在云端運行大型人工智能算法所產生的碳排放。

另一方面，我們是否應該考慮讓某些東西不那么智能？設計師通常會在消費產品中塞入技術，以最大限度地提高銷售吸引力——電動功能、燈光、帶有動畫圖形的高分辨率彩色顯示屏、智能手機連接。更注重環保的買家可能會看到功能減少（但更集中）的產品的優點，因此可以使用較小的電池或僅使用儲存的能量運行，這樣產生的電力浪費最少。

04除碳

就消除溫室氣體而言，氣候與能源解決方案中心的數據顯示到2050年，碳捕獲可以實現14%的二氧化碳減排量。然而，許多碳捕獲和封存（CCS）項目與大規模天然氣加工和生產以及石油回收有關。一些工程師可能直接參與CCS技術的開發，或者在工廠調試或安裝設備，這樣就可以在自己的設計中使用由捕獲的碳制成的產品。

如果我們要按照《巴黎協定》的要求控制全球氣溫上升，實現凈零碳排放至關重要。每個人都可以發揮作用，包括工程師。設計產品時，許多方面都會影響其對二氧化碳排放的影響，包括硬件和軟件設計、組件和供應商選擇以及制造流程。消費者在這方面的意識一定會增強，這就對工程師們提出了更高的要求。