能源、清洁科技和可持续发展的未来

作者：Kimberly Blakemore, 环境可持续发展总监
Fiona Treacy, 工业自动化高级总监
ADI公司

简介

二十多年来，科学家和气候学家一直在发出警示，提醒人们关注全球变暖的影响及其与温室气体（GHG）排放之间的联系。但如今，全球社会的注意力已经转向具体的行动，以及如何解决气候变化的根本原因和相关影响。半导体是现代设备、电动汽车（EV）、智能手机、机器人等产品的大脑中枢。通过定制创新和自适应边缘智能，半导体或可抓住解决可持续发展危机的关键。

气候变暖（且愈演愈烈）的成因

自工业革命伊始，能源的可及性为社会发展和经济增长提供了支撑，由于内燃机、蒸汽机和电动机等技术的兴起，全世界都依赖于经济实惠的集中化能源生产。过去两百年间，这些能源是通过燃烧碳氢化合物来提供的。虽然这种方式带来了巨大的经济增长，但背后的代价也十分高昂。自1820年以来，温室气体排放量增长了686倍1，导致全球平均变暖约1.1°C2，同时引发了一系列重大的生态、经济和社会后果。比如，2015-2019年间，因气候危机需要粮食援助的人口多达1.66亿3，2000-2019年间，因灾害造成的经济损失高达3万亿美元4。

如果目前的趋势保持不变，到2050年，全世界需要消耗两倍于当前水平的能源，才能推动全球发展按预计轨迹前进。若不改变我们的能源来源和整体能效战略，到2050年，我们目前的排放轨迹预计将导致气温升高1.9°C至2.9°C（与工业化前水平相比）。专家表示，相关后果还可能导致全球33%的人口流离失所5，全球GDP减少11%至18%6，每年因气候造成的灾害损失高达23万亿美元7。

电气化与能源效率

全社会正在想方设法解决全球贫困等紧迫问题，因此，能源对于普及电力和营养食品等基本服务至关重要。然而，为了避免气候变化产生恶劣影响，全世界需要在2050年之前实现净零排放，并将全球升温幅度限制在1.5°C以内。实现这些目标的关键在于能源增长和快速脱碳。


图1. 我们需要立即行动起来，将排放量减少81%。

要实现能源增长和快速脱碳，需要大范围用可再生能源取代化石燃料（即从目前到2050年，可再生能源需求增长9倍），并大幅提高全球能源效率（即从目前到2050年，能源效率提高2倍）8

ADI汽车与能源、通信和航空航天事业部高级副总裁Greg Henderson表示：“通过可再生能源推动终端应用的电气化，可以淘汰产生温室气体的技术，进而给清洁能源转型之路带来前所未有的机会。主要的例子包括逐步用电动汽车取代内燃机汽车，目前已经在如火如荼地进行中。随着越来越多的产品采用电力驱动设计，更广泛的发电、配电和存储系统生态系统开始发挥作用。总体而言，我们需要一个适应性强且安全高效的能源系统。”

ADI工业和多市场事业部高级副总裁Martin Cotter表示：“在为可再生能源重新设计能源网络的同时，必须重点关注提高所有应用的能效。从总排放量的角度来说，全球约50%的能源消耗来自工业部门9。通过部署数字互联工厂技术，我们可以加强对现有老旧工厂内工业运营的控制，并在此过程中提高生产力，让整个价值链受益，并实现竞争差异化。投资可持续发展目标和提高盈利能力并不矛盾：通过投资提升工业效率，我们有可能在减少能源使用的同时提高竞争力。世界既需要新工厂，也需要升级改造的工厂，而能够灵活调整的互联数字工厂可以节约能源，从而减少排放。”

实现电气化和提升效率


图2. 低排放资产支出，即将迎来巨幅增长。8

据麦肯锡估计，从现在到2035年，每年用于支持低排放资产转型的实物资产支出将增加4.5万亿美元，这些年的累计支出将达到78.4万亿美元8。在ADI服务的终端市场中，我们预计将有大量全球投资涌入，用于工业效率提升、建筑升级改造，以及为EV部署和EV基础设施、绿色发电以及电网现代化提供持续支持。

由于监管力度加大、私有和公共部门的投入加大、私有部门投资增加、碳市场日趋成熟，以及太阳能电池板等终端应用的总拥有成本下降等各种长期趋势的共同作用，ADI对这方面资本支出增加的规模和可能性充满信心。

如果这些低排放资产得到大规模采用，结果会如何？

根据对低排放资产支出的预期，我们设想了一下更环保的解决方案得到全面采用和规模化后的情景。要将全球温室气体排放量从目前每年的510亿吨（或51 Gt）减少至净零，光靠一种解决方案是远远不够的。

ADI技术副总裁兼公司院士Tony Montalvo表示：“我们向自己发起了挑战，试图搞清楚，如果这些终端应用得到全面采用和规模化，像ADI这样的解决方案所能实现的脱碳程度。结果表明，大约可以实现一半。我们设法将ADI的整个解决方案组合的支持影响力联系起来，重点关注那些将ADI技术作为关键推动因素的终端应用。”


图3. 消除和减少排放的机会。

对于一定程度上由ADI等技术实现的终端应用，如果得到全面采用和规模化，约可消除或减少一半的排放量10。

我们的评估得出了两类主要的终端解决方案，一类是取代产生温室气体的传统终端技术，一类是提高技术的能效。取代技术的例子包括电动汽车、能源转型以及可再生能源供电的电解器。提高能效的终端产品示例包括工业电机、5G无线通信和互联HVAC系统。

我们认识到ADI技术本身并不是终端产品。然而，许多情况下，它们在终端应用中是不可或缺的。例如电动汽车需要依赖于锂离子电池，如果没有电池管理技术不断评估每个电池单元的健康状况、平衡电池包内的电池单元并确保电池不会充电不足或过度充电，那么电动汽车将无从谈起。因此，作为ADI领跑市场的一项技术，电池管理是促成电动汽车的关键技术之一。如果设想一个已经完全采用电动汽车的世界，我们认为电池管理硬件与算法进步的重要性，将与电池化学以及高效、低成本且可靠的传动系统等其他技术方面的进步并驾齐驱。

再比如，ADI解决方案还可通过部署采用ADI精密控制技术的变频驱动器，并与负载或速度不断变化的电机系统结合使用，来帮助减少二氧化碳排放。ADI技术可精细调节电机速度和扭矩以匹配受控制的负载。这样可以使电机的容量与手头的任务相匹配，从而节省能源。如果将所有电机与驱动器配对，全球排放量有望减少10%。
对于一定程度上由ADI技术实现的终端应用（如电动汽车或变频驱动器），如果得到全面规模化和采用，全社会可以实现约26Gt的温室气体减排10。受到这一启示的鼓舞，我们期待利用ADI在终端市场的独特优势地位为多个行业的脱碳助一臂之力。

立即行动，刻不容缓



2000年至2014年北极夏季月份海冰和太阳能吸收的变化。蓝色表示海冰减少的地方，红色表示太阳辐射吸收增加的地方。

现实情况是，气候变化的证据随处可见——北极海冰正以每十年近13%的速度融化11，海洋氧气流失对热带珊瑚礁产生影响12，二氧化碳水平上升，全球各地区的生物多样性降低13。要想在2050年之前显著降低温室气体排放，我们必须采用正确的技术、部署合理的基础设施并积极投入其中。这其中存在着尚未开发的巨大潜力，而且未来几年对于大规模开发现有解决方案和投资突破性创新技术至关重要。我们热切期待与广大客户合作，共同实现大规模减排。

参考资料
1 Hannah Ritchie、Max Roser和Pablo Rosado (2020)——“CO₂ and Greenhouse Gas Emissions（二氧化碳和温室气体排放）”。
2 NASA地球观测站——“World of Change: Global Temperatures（变化的世界：全球温度）”。
3 Patrick Galey、Marlowe Hood和Kelly MacNamara (2021)——“UN draft climate report: Impacts on people（联合国气候报告草案：对人类的影响）”。
4 Gabriel Gordon-Harper (2020)——“UNDRR Report Calls for Improved Governance to Address ‘Systemic Risk’”（UNDRR报告呼吁改善治理以应对“系统性风险”）。
5 Harry Gray Calvo和Gayle Markovitz (2022)——“Global Public Braces for 'Severe' Effects of Climate Change by 2032, New Survey Finds”（新调查发现，到2032年全球公共部门将面临气候变化的“严重”影响）。
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”（瑞士再保险研究所的压力测试分析显示，如果不采取行动，世界经济必将因气候变化损失高达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”（气候变化对各国GDP的影响以及遵守《巴黎气候协定》给全球经济带来的收益）。
8 ADI分析所依据的数字出自 “The economic transformation: What would we change in the net-zero transition（经济转型：我们将在净零排放转型中改变什么）”。麦肯锡公司。2022年1月24日。
9 Paul Waide和Conrad U. Brunner。“Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems（节能政策赋予电机驱动系统的良机）”。国际能源署，2011年。
10 ADI分析基于内部计算，假设可持续发展终端应用得到全面采用和规模化。需要额外的研究来解释终端产品的整个生命周期。51GT的来源为比尔·盖茨的《气候经济与人类未来》（How to Avoid a Climate Disaster）一书。
11 世界野生动物基金会——“Six ways loss of Arctic ice impacts everyone（北极冰层消失影响人类的六种方式）”。
12 “Ocean Deoxygenation: A Driver Of Coral Reef Demise（海洋脱氧：珊瑚礁消亡的影响因素）”，Reefcause Conservation，2021年9月25日。
13 “Biodiversity - our strongest natural defense against climate change（生物多样性——人类应对气候变化的最强自然防御手段）”，联合国，2022年。

作者简介

Kimberly Blakemore是ADI公司的环境可持续发展总监。她专注于发掘与可持续发展相关的商业机会，包括可助力全球能源向净零排放过渡的商业机会。Kim之前曾在慈善投资和企业战略方面担任过多个职位，为她目前的工作带来了多行业视角。Kim获得了安迪亚克大学新英格兰分校可持续发展专业的MBA学位和康奈尔大学的学士学位。

Fiona Treacy是ADI公司工业自动化事业部的高级总监，她负责领导精密模拟技术开发团队、上市团队和业务开发团队，这些团队全部专注于加快客户开发。此前，Fiona在工厂自动化和过程控制、工业连接、精密转换器和仪器仪表事业部中先后担任各种工程、应用、市场营销和业务管理职务。她拥有利默里克大学的应用物理和电子学学士学位以及工商管理硕士学位。