工程行業(yè)中如何做到低碳甚至零碳

綠色轉(zhuǎn)型

節(jié)能攻堅(jiān)

綠色低碳，美麗中國(guó)

從1991年開(kāi)始，全國(guó)節(jié)能宣傳周活動(dòng)每年都會(huì)舉辦，活動(dòng)是實(shí)施全面節(jié)約戰(zhàn)略、開(kāi)展節(jié)能降碳宣傳教育、推動(dòng)形成綠色低碳生產(chǎn)生活方式的重要舉措。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委及其他部門的安排，今年的節(jié)能宣傳周為5月13日至19日，主題是“綠色轉(zhuǎn)型，節(jié)能攻堅(jiān)”。從2013年起的節(jié)能宣傳周的第三天為“全國(guó)低碳日”，也就是今天，今年的主題是“綠色低碳，美麗中國(guó)”。

低碳的生活方式越來(lái)越多地融入我們的日常習(xí)慣當(dāng)中。但是在工程行業(yè)中如何做到低碳甚至零碳呢？

聯(lián)合國(guó)2015年《巴黎協(xié)定》表達(dá)了全球共識(shí)，即到2050年將全球平均氣溫較前工業(yè)化時(shí)期上升幅度控制在2攝氏度以內(nèi)，并努力將溫度上升幅度限制在1.5攝氏度以內(nèi)。

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(guān)。為了實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國(guó)的目標(biāo)，我們所有人都需要努力將大氣中溫室氣體的進(jìn)一步增加降至最低。但它到底意味著什么，我們?nèi)绾尾拍軐?shí)現(xiàn)它？更具體地說(shuō)，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(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。根據(jù)牛津凈零集團(tuán)的說(shuō)法，“ ‘凈零’是指減少溫室氣體排放和/或確保任何持續(xù)的排放通過(guò)清除來(lái)平衡。”

“凈零排放中的‘凈’很重要，因?yàn)樵谒璧臅r(shí)間范圍內(nèi)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(kuò)大清除規(guī)模。”

02凈零設(shè)計(jì)

就產(chǎn)品設(shè)計(jì)而言，工程師可以通過(guò)創(chuàng)造新產(chǎn)品來(lái)幫助終端用戶實(shí)現(xiàn)凈零排放。智能建筑設(shè)備就是一個(gè)例子。眾所周知，智能建筑設(shè)備的采用率很低，尤其是在住宅領(lǐng)域。原因有多種，包括成本、舊系統(tǒng)缺乏靈活性以及安裝人員對(duì)新技術(shù)的了解程度低。技術(shù)供應(yīng)商可以幫助克服此類問(wèn)題，比如通過(guò)加強(qiáng)對(duì)安裝人員的培訓(xùn)，或者舉辦研討會(huì)以及孵化在線技術(shù)社區(qū)。智能建筑產(chǎn)品領(lǐng)域只是一個(gè)例子。在幾乎任何市場(chǎng)中，幫助用戶了解和應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品都與創(chuàng)造產(chǎn)品本身一樣重要。

另一方面，如果消費(fèi)者知道他們可以將設(shè)備投資分散到更長(zhǎng)的時(shí)間段，而不必?fù)?dān)心他們選擇的產(chǎn)品系列可能在生命周期結(jié)束之前就過(guò)時(shí)或損壞，那么他們可能會(huì)被鼓勵(lì)購(gòu)買昂貴但節(jié)能的產(chǎn)品——例如升級(jí)到智能照明和供暖。一些半導(dǎo)體制造商保證某些產(chǎn)品的使用壽命可以達(dá)到未來(lái)的特定日期。如果產(chǎn)品制造商能夠在消費(fèi)市場(chǎng)提供類似的保證，這將有很大的好處。

目光遠(yuǎn)大或思維敏捷的工程師也許能夠想出全新的發(fā)明，改變?nèi)藗兊男袨榉绞?，或推廣節(jié)能、環(huán)保活動(dòng)。新技術(shù)層出不窮，讓以前不可能的事情成為可能。緊湊且價(jià)格實(shí)惠的高性能電池就是一個(gè)例子，它們可以實(shí)現(xiàn)新的電動(dòng)汽車解決方案。此外，還有小巧易用的無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)傳感器模塊，可以開(kāi)箱即用，構(gòu)建監(jiān)控設(shè)備。如果在無(wú)人看管的地方開(kāi)著燈或暖氣，傳感器就會(huì)發(fā)出警報(bào)，警示管理人員前往處理，避免能源浪費(fèi)。

工程師還可以改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備的設(shè)計(jì)，以減少運(yùn)行時(shí)消耗的能源。比如得益于更現(xiàn)代的工藝技術(shù)和節(jié)能設(shè)計(jì)改進(jìn)，新一代芯片的功耗幾乎總是低于其前代產(chǎn)品。工程師可以通過(guò)使用更高效的拓?fù)洹?a href="http://www.wenjunhu.com/tags/數(shù)字電源/" target="_blank">數(shù)字電源原理和寬帶隙半導(dǎo)體來(lái)改進(jìn)功率轉(zhuǎn)換電路。

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

建筑行業(yè)已經(jīng)廣泛討論了隱含碳，將其作為評(píng)估建筑設(shè)計(jì)和材料可持續(xù)性的一種方式。有人呼吁對(duì)任何類型的產(chǎn)品都實(shí)行通用的隱含碳標(biāo)簽。蘋(píng)果等高科技公司在這一領(lǐng)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(tǒng)甚至慣性傳感器等小型組件，我們能夠以比基于傳統(tǒng)處理的早期系統(tǒng)低得多的成本和功耗構(gòu)建復(fù)雜功能的設(shè)備。機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以通過(guò)避免浪費(fèi)能源來(lái)協(xié)助脫碳：智能照明和供暖可以自動(dòng)適應(yīng)居住者的使用習(xí)慣，傳感器和檢查系統(tǒng)可以幫助減少浪費(fèi)。

更普遍地說(shuō)，將人工智能注入低功耗邊緣和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以執(zhí)行光學(xué)檢查、生物特征識(shí)別和對(duì)象分類等任務(wù)，可以節(jié)省在云端運(yùn)行大型人工智能算法所產(chǎn)生的碳排放。

另一方面，我們是否應(yīng)該考慮讓某些東西不那么智能？設(shè)計(jì)師通常會(huì)在消費(fèi)產(chǎn)品中塞入技術(shù)，以最大限度地提高銷售吸引力——電動(dòng)功能、燈光、帶有動(dòng)畫(huà)圖形的高分辨率彩色顯示屏、智能手機(jī)連接。更注重環(huán)保的買家可能會(huì)看到功能減少（但更集中）的產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，因此可以使用較小的電池或僅使用儲(chǔ)存的能量運(yùn)行，這樣產(chǎn)生的電力浪費(fèi)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(shù)據(jù)顯示到2050年，碳捕獲可以實(shí)現(xiàn)14%的二氧化碳減排量。然而，許多碳捕獲和封存（CCS）項(xiàng)目與大規(guī)模天然氣加工和生產(chǎn)以及石油回收有關(guān)。一些工程師可能直接參與CCS技術(shù)的開(kāi)發(fā)，或者在工廠調(diào)試或安裝設(shè)備，這樣就可以在自己的設(shè)計(jì)中使用由捕獲的碳制成的產(chǎn)品。

如果我們要按照《巴黎協(xié)定》的要求控制全球氣溫上升，實(shí)現(xiàn)凈零碳排放至關(guān)重要。每個(gè)人都可以發(fā)揮作用，包括工程師。設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，許多方面都會(huì)影響其對(duì)二氧化碳排放的影響，包括硬件和軟件設(shè)計(jì)、組件和供應(yīng)商選擇以及制造流程。消費(fèi)者在這方面的意識(shí)一定會(huì)增強(qiáng)，這就對(duì)工程師們提出了更高的要求。