可持續技術

2024年11月，聯合國氣候變化大會（COP29）發布了《COP29綠色數字行動宣言》，其前三大目標是“……利用數字技術和工具開展氣候行動……建設具有韌性的數字基礎設施……［以及］減輕數字化對氣候的影響。”此次大會及其宣言強調了全球對清潔技術日益增長的投入。清潔技術旨在減輕或扭轉人類活動對環境的影響。

隨著全球社會持續擴大現有技術和新技術的應用，打造創新解決方案以減輕這些技術對環境和人類的影響正變得尤為重要。本文將概述貿澤此前探索過的可持續技術，并闡述其中的每一項對清潔技術總體目標的重要性。

Part 1儲能

太陽能、風能和水力發電等可再生能源在清潔技術領域發揮著重要作用。到2022年，可再生能源發電總量已超過8,500TWh，較2021年增加600TWh（近8%）。要將更多可再生能源并入電網，就需要在儲能系統和備用電源領域加以創新。

傳統的機械式儲能系統（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。諸如熔鹽系統等熱儲能解決方案在儲熱方面具備優勢，并且隨著技術進步，正逐漸成為可行方案。至于氫儲能技術，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用，其發展勢頭也愈發強勁。

與此同時，電池儲能技術也在迅速發展。雖然鋰離子電池一直廣受青睞，但因熱失控引發的安全擔憂正促使這方面的研發轉向新型拓撲結構。諸如磷酸鐵鋰（LFP）電池、鈉離子電池、固態電池等技術有望提升功率密度、充電/放電速度以及安全性。

Part 2能源基礎設施

對可再生能源的日益重視，也對電網的發展產生了重大影響。傳統電網初時設計為單向電力傳輸，往往效率低下、缺乏靈活性，并且難以整合可再生能源。

采用數字技術、傳感器和軟件的智能電網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定性和可靠性。先進傳感器、雙向通信和實時數據分析有助于優化能源使用、整合可再生能源并提升電網韌性。

智能電網非常顯著的特征是分布式能源資源（DER）構成的生態系統。智能電網基礎設施必須考慮到將眾多小型、分散的能源來源整合到電網中的場景。這些DER可實現本地化的能源生產和存儲，并且通常通過微電網進行管理，以支持可再生能源的采用并增強電網韌性。

微電網是將不斷增長的能源生產向提升能源安全性的方向引導的一種巧妙解決方案。微電網作為本地化、自給自足的系統，可確保能源在更靠近消費地點的位置進行生產、存儲和分配。

規模更大的母智能電網必須與微電網建立通信，以確保電網的可靠性和效率。高級計量基礎設施（AMI）系統可提供雙向通信，以實現實時能源管理、精準的需求預測和自適應的電力流動調整。物聯網（IoT）、5G和人工智能（AI）等工業4.0元素也正在融入電網，以構建能源互聯網（IoE）。

Part 3智能交通

與電網類似，車輛也已實現數字化。現代車輛配備了傳感器、軟件和互聯功能，能夠與其他車輛、基礎設施甚至電網進行通信。這種車聯網（V2X）通信的集成，為提升車輛性能、安全性和效率奠定了基礎，同時還能夠支持自動駕駛和能源管理等新興技術。

隨著車輛與智能電網的融合，它們不再僅僅是能源消費者，而是成為能源生態系統的積極參與者，為提升電網穩定性和能源效率做出貢獻，并支持未來的可持續發展。

Part 4空氣與環境

隨著氣候變化問題日益突出，空氣質量已成為大家關注的焦點。我們都知道空氣污染物會導致長期環境影響，但室內空氣質量（IAQ）的問題往往更為緊迫，因為不良的室內空氣狀況可能導致嚴重的健康問題。室內空氣質量可能比室外空氣質量差兩到五倍，因而改善IAQ至關重要，尤其是在人們長時間停留的場所，如辦公室、住宅和學校。

傳感器技術的進步使IAQ監測變得更加便捷且經濟高效。如今，空氣質量傳感器比以往體積更小、精度更高，而且物聯網和AI也正在提升傳感器的數據驅動精度。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據至關重要。

IAQ的直接目標是提供可操作的深度認知。例如，傳感器可以幫助識別揮發性有機化合物（VOC）、灰塵或霉菌等污染物的來源，并提示采取簡單的應對措施（如重新布置設備或改善通風），而不是進行昂貴的全面改造。

在這個領域中，清潔技術的創新具有更廣泛的意義。將先進傳感器集成到物聯網中，可實現空氣和水質實時監測與維護。傳感器技術的持續發展為自動化環境監測系統奠定了基礎，從而提升系統可靠性和精度。

Part 5工業5.0

工業4.0時代，物聯網、5G、AI和機器學習（ML）等技術推動了各行各業實現數字化，其帶來的效率提升可謂影響深遠。而新一代的工業5.0，則旨在充分利用人類專家的創造力，并結合機器的高效、智能和精準，通過人機合作打造資源高效、用戶青睞的制造解決方案。

協作機器人（cobot）是這場變革的關鍵所在。與傳統機器人不同，協作機器人與人類并肩工作，提升高生產力并減輕人類的負擔，而非取代人類。協作機器人可在監督下自主工作，并將戰略和創意決策權交給人類。這種模式可以實現工業4.0缺失的工作流程靈活性。它還可以通過優化生產流程，實現勞動力和材料的高效利用。

制造業靈活性的真正要義，在于能夠快速調整生產規模以適應不斷變化的消費者需求，從而減少產量過剩和相關的浪費問題。這種“即時生產”模式能夠盡可能減少庫存過剩，促進可持續發展。

Part 6半導體材料

清潔技術領域的許多進步都源于材料創新。例如，寬禁帶（WBG）半導體正在提升眾多領域的能源效率，包括汽車、電源管理、可再生能源、工業、通信基礎設施以及航空航天和國防等領域。碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等材料在功率轉換過程中能夠盡可能減少能量損耗，這得益于其高開關頻率、低導通損耗、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境下工作，同時發熱量遠低于硅器件。

WBG半導體及其不斷發展的拓撲結構，對當今盛行的高能量密度趨勢至關重要。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，因而能夠實現更高的功率密度。GaN拓撲結構可實現高達40W/in2的功率密度，從而減少電力電子系統中所需的元器件數量。

Part 7未來展望

隨著全球對綠色解決方案的推動力度不斷加大，人們的關注焦點將逐漸轉向清潔技術領域中的其他新興細分市場。