能源、清潔科技和可持續(xù)發(fā)展的未來

作者：Kimberly Blakemore, 環(huán)境可持續(xù)發(fā)展總監(jiān)

Fiona Treacy, 工業(yè)自動化高級總監(jiān)

簡介

二十多年來，科學(xué)家和氣候?qū)W家一直在發(fā)出警示，提醒人們關(guān)注全球變暖的影響及其與溫室氣體（GHG）排放之間的聯(lián)系。但如今，全球社會的注意力已經(jīng)轉(zhuǎn)向具體的行動，以及如何解決氣候變化的根本原因和相關(guān)影響。半導(dǎo)體是現(xiàn)代設(shè)備、電動汽車（EV）、智能手機(jī)、機(jī)器人等產(chǎn)品的大腦中樞。通過定制創(chuàng)新和自適應(yīng)邊緣智能，半導(dǎo)體或可抓住解決可持續(xù)發(fā)展危機(jī)的關(guān)鍵。

氣候變暖（且愈演愈烈）的成因

自工業(yè)革命伊始，能源的可及性為社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長提供了支撐，由于內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)和電動機(jī)等技術(shù)的興起，全世界都依賴于經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的集中化能源生產(chǎn)。過去兩百年間，這些能源是通過燃燒碳?xì)浠衔飦硖峁┑?。雖然這種方式帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)增長，但背后的代價也十分高昂。自1820年以來，溫室氣體排放量增長了686倍1，導(dǎo)致全球平均變暖約1.1°C2，同時引發(fā)了一系列重大的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會后果。比如，2015-2019年間，因氣候危機(jī)需要糧食援助的人口多達(dá)1.66億3，2000-2019年間，因災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)3萬億美元4。

如果目前的趨勢保持不變，到2050年，全世界需要消耗兩倍于當(dāng)前水平的能源，才能推動全球發(fā)展按預(yù)計軌跡前進(jìn)。若不改變我們的能源來源和整體能效戰(zhàn)略，到2050年，我們目前的排放軌跡預(yù)計將導(dǎo)致氣溫升高1.9°C至2.9°C（與工業(yè)化前水平相比）。專家表示，相關(guān)后果還可能導(dǎo)致全球33%的人口流離失所5，全球GDP減少11%至18%6，每年因氣候造成的災(zāi)害損失高達(dá)23萬億美元7。

電氣化與能源效率

全社會正在想方設(shè)法解決全球貧困等緊迫問題，因此，能源對于普及電力和營養(yǎng)食品等基本服務(wù)至關(guān)重要。然而，為了避免氣候變化產(chǎn)生惡劣影響，全世界需要在2050年之前實(shí)現(xiàn)凈零排放，并將全球升溫幅度限制在1.5°C以內(nèi)。實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的關(guān)鍵在于能源增長和快速脫碳。

圖1. 我們需要立即行動起來，將排放量減少81%。

要實(shí)現(xiàn)能源增長和快速脫碳，需要大范圍用可再生能源取代化石燃料（即從目前到2050年，可再生能源需求增長9倍），并大幅提高全球能源效率（即從目前到2050年，能源效率提高2倍）8

ADI汽車與能源、通信和航空航天事業(yè)部高級副總裁Greg Henderson表示：“通過可再生能源推動終端應(yīng)用的電氣化，可以淘汰產(chǎn)生溫室氣體的技術(shù)，進(jìn)而給清潔能源轉(zhuǎn)型之路帶來前所未有的機(jī)會。主要的例子包括逐步用電動汽車取代內(nèi)燃機(jī)汽車，目前已經(jīng)在如火如荼地進(jìn)行中。隨著越來越多的產(chǎn)品采用電力驅(qū)動設(shè)計，更廣泛的發(fā)電、配電和存儲系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)開始發(fā)揮作用。總體而言，我們需要一個適應(yīng)性強(qiáng)且安全高效的能源系統(tǒng)。”

ADI工業(yè)和多市場事業(yè)部高級副總裁Martin Cotter表示：“在為可再生能源重新設(shè)計能源網(wǎng)絡(luò)的同時，必須重點(diǎn)關(guān)注提高所有應(yīng)用的能效。從總排放量的角度來說，全球約50%的能源消耗來自工業(yè)部門9。通過部署數(shù)字互聯(lián)工廠技術(shù)，我們可以加強(qiáng)對現(xiàn)有老舊工廠內(nèi)工業(yè)運(yùn)營的控制，并在此過程中提高生產(chǎn)力，讓整個價值鏈?zhǔn)芤?，并?shí)現(xiàn)競爭差異化。投資可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)和提高盈利能力并不矛盾：通過投資提升工業(yè)效率，我們有可能在減少能源使用的同時提高競爭力。世界既需要新工廠，也需要升級改造的工廠，而能夠靈活調(diào)整的互聯(lián)數(shù)字工廠可以節(jié)約能源，從而減少排放?！?/p>

實(shí)現(xiàn)電氣化和提升效率

圖2. 低排放資產(chǎn)支出，即將迎來巨幅增長。8

據(jù)麥肯錫估計，從現(xiàn)在到2035年，每年用于支持低排放資產(chǎn)轉(zhuǎn)型的實(shí)物資產(chǎn)支出將增加4.5萬億美元，這些年的累計支出將達(dá)到78.4萬億美元8。在ADI服務(wù)的終端市場中，我們預(yù)計將有大量全球投資涌入，用于工業(yè)效率提升、建筑升級改造，以及為EV部署和EV基礎(chǔ)設(shè)施、綠色發(fā)電以及電網(wǎng)現(xiàn)代化提供持續(xù)支持。

由于監(jiān)管力度加大、私有和公共部門的投入加大、私有部門投資增加、碳市場日趨成熟，以及太陽能電池板等終端應(yīng)用的總擁有成本下降等各種長期趨勢的共同作用，ADI對這方面資本支出增加的規(guī)模和可能性充滿信心。

如果這些低排放資產(chǎn)得到大規(guī)模采用，結(jié)果會如何？

根據(jù)對低排放資產(chǎn)支出的預(yù)期，我們設(shè)想了一下更環(huán)保的解決方案得到全面采用和規(guī)?；蟮那榫?。要將全球溫室氣體排放量從目前每年的510億噸（或51 Gt）減少至凈零，光靠一種解決方案是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

ADI技術(shù)副總裁兼公司院士Tony Montalvo表示：“我們向自己發(fā)起了挑戰(zhàn)，試圖搞清楚，如果這些終端應(yīng)用得到全面采用和規(guī)?；馎DI這樣的解決方案所能實(shí)現(xiàn)的脫碳程度。結(jié)果表明，大約可以實(shí)現(xiàn)一半。我們設(shè)法將ADI的整個解決方案組合的支持影響力聯(lián)系起來，重點(diǎn)關(guān)注那些將ADI技術(shù)作為關(guān)鍵推動因素的終端應(yīng)用?！?/p>

圖3. 消除和減少排放的機(jī)會。

對于一定程度上由ADI等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的終端應(yīng)用，如果得到全面采用和規(guī)?；?，約可消除或減少一半的排放量10。

我們的評估得出了兩類主要的終端解決方案，一類是取代產(chǎn)生溫室氣體的傳統(tǒng)終端技術(shù)，一類是提高技術(shù)的能效。取代技術(shù)的例子包括電動汽車、能源轉(zhuǎn)型以及可再生能源供電的電解器。提高能效的終端產(chǎn)品示例包括工業(yè)電機(jī)、5G無線通信和互聯(lián)HVAC系統(tǒng)。

我們認(rèn)識到ADI技術(shù)本身并不是終端產(chǎn)品。然而，許多情況下，它們在終端應(yīng)用中是不可或缺的。例如電動汽車需要依賴于鋰離子電池，如果沒有電池管理技術(shù)不斷評估每個電池單元的健康狀況、平衡電池包內(nèi)的電池單元并確保電池不會充電不足或過度充電，那么電動汽車將無從談起。因此，作為ADI領(lǐng)跑市場的一項技術(shù)，電池管理是促成電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。如果設(shè)想一個已經(jīng)完全采用電動汽車的世界，我們認(rèn)為電池管理硬件與算法進(jìn)步的重要性，將與電池化學(xué)以及高效、低成本且可靠的傳動系統(tǒng)等其他技術(shù)方面的進(jìn)步并駕齊驅(qū)。

再比如，ADI解決方案還可通過部署采用ADI精密控制技術(shù)的變頻驅(qū)動器，并與負(fù)載或速度不斷變化的電機(jī)系統(tǒng)結(jié)合使用，來幫助減少二氧化碳排放。ADI技術(shù)可精細(xì)調(diào)節(jié)電機(jī)速度和扭矩以匹配受控制的負(fù)載。這樣可以使電機(jī)的容量與手頭的任務(wù)相匹配，從而節(jié)省能源。如果將所有電機(jī)與驅(qū)動器配對，全球排放量有望減少10%。

對于一定程度上由ADI技術(shù)實(shí)現(xiàn)的終端應(yīng)用（如電動汽車或變頻驅(qū)動器），如果得到全面規(guī)?；筒捎?，全社會可以實(shí)現(xiàn)約26Gt的溫室氣體減排10。受到這一啟示的鼓舞，我們期待利用ADI在終端市場的獨(dú)特優(yōu)勢地位為多個行業(yè)的脫碳助一臂之力。

立即行動，刻不容緩

2000年至2014年北極夏季月份海冰和太陽能吸收的變化。藍(lán)色表示海冰減少的地方，紅色表示太陽輻射吸收增加的地方。

現(xiàn)實(shí)情況是，氣候變化的證據(jù)隨處可見——北極海冰正以每十年近13%的速度融化11，海洋氧氣流失對熱帶珊瑚礁產(chǎn)生影響12，二氧化碳水平上升，全球各地區(qū)的生物多樣性降低13。要想在2050年之前顯著降低溫室氣體排放，我們必須采用正確的技術(shù)、部署合理的基礎(chǔ)設(shè)施并積極投入其中。這其中存在著尚未開發(fā)的巨大潛力，而且未來幾年對于大規(guī)模開發(fā)現(xiàn)有解決方案和投資突破性創(chuàng)新技術(shù)至關(guān)重要。我們熱切期待與廣大客戶合作，共同實(shí)現(xiàn)大規(guī)模減排。

參考資料

1 Hannah Ritchie、Max Roser和Pablo Rosado (2020)——“CO? and Greenhouse Gas Emissions（二氧化碳和溫室氣體排放）”。

2 NASA地球觀測站——“World of Change: Global Temperatures（變化的世界：全球溫度）”。

3 Patrick Galey、Marlowe Hood和Kelly MacNamara (2021)——“UN draft climate report: Impacts on people（聯(lián)合國氣候報告草案：對人類的影響）”。

4 Gabriel Gordon-Harper (2020)——“UNDRR Report Calls for Improved Governance to Address ‘Systemic Risk’”（UNDRR報告呼吁改善治理以應(yīng)對“系統(tǒng)性風(fēng)險”）。

5 Harry Gray Calvo和Gayle Markovitz (2022)——“Global Public Braces for 'Severe' Effects of Climate Change by 2032, New Survey Finds”（新調(diào)查發(fā)現(xiàn)，到2032年全球公共部門將面臨氣候變化的“嚴(yán)重”影響）。

6 Swiss Re (2021)——“World economy set to lose up to 18% GDP from climate change if no action taken, reveals Swiss Re Institute's stress-test analysis”（瑞士再保險研究所的壓力測試分析顯示，如果不采取行動，世界經(jīng)濟(jì)必將因氣候變化損失高達(dá)18%的GDP）。

7 Tom Kompas、Van Ha Pham、Tuong Nhu Che (2018)——“The Effects of Climate Change on GDP by Country and the Global Economic Gains From Complying With the Paris Climate Accord”（氣候變化對各國GDP的影響以及遵守《巴黎氣候協(xié)定》給全球經(jīng)濟(jì)帶來的收益）。 8 ADI分析所依據(jù)的數(shù)字出自 “The economic transformation: What would we change in the net-zero transition（經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型：我們將在凈零排放轉(zhuǎn)型中改變什么）”。麥肯錫公司。2022年1月24日。

9 Paul Waide和Conrad U. Brunner?！癊nergy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems（節(jié)能政策賦予電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的良機(jī)）”。國際能源署，2011年。

10 ADI分析基于內(nèi)部計算，假設(shè)可持續(xù)發(fā)展終端應(yīng)用得到全面采用和規(guī)?；?。需要額外的研究來解釋終端產(chǎn)品的整個生命周期。51GT的來源為比爾·蓋茨的《氣候經(jīng)濟(jì)與人類未來》（How to Avoid a Climate Disaster）一書。

11 世界野生動物基金會——“Six ways loss of Arctic ice impacts everyone（北極冰層消失影響人類的六種方式）”。

12 “Ocean Deoxygenation: A Driver Of Coral Reef Demise（海洋脫氧：珊瑚礁消亡的影響因素）”，Reefcause Conservation，2021年9月25日。

13 “Biodiversity - our strongest natural defense against climate change（生物多樣性——人類應(yīng)對氣候變化的最強(qiáng)自然防御手段）”，聯(lián)合國，2022年。