工程行业中如何做到低碳甚至零碳

绿色转型

节能攻坚

绿色低碳，美丽中国

从1991年开始，全国节能宣传周活动每年都会举办，活动是实施全面节约战略、开展节能降碳宣传教育、推动形成绿色低碳生产生活方式的重要举措。根据国家发改委及其他部门的安排，今年的节能宣传周为5月13日至19日，主题是“绿色转型，节能攻坚”。从2013年起的节能宣传周的第三天为“全国低碳日”，也就是今天，今年的主题是“绿色低碳，美丽中国”。

低碳的生活方式越来越多地融入我们的日常习惯当中。但是在工程行业中如何做到低碳甚至零碳呢？

联合国2015年《巴黎协定》表达了全球共识，即到2050年将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2摄氏度以内，并努力将温度上升幅度限制在1.5摄氏度以内。

全球气温上升与大气中温室气体（主要是二氧化碳）的增加有关。为了实现联合国的目标，我们所有人都需要努力将大气中温室气体的进一步增加降至最低。但它到底意味着什么，我们如何才能实现它？更具体地说，工程师们可以做些什么？

01什么是“净零”

让我们首先了解我们正在努力实现的目标。根据牛津净零集团的说法，“ ‘净零’是指减少温室气体排放和/或确保任何持续的排放通过清除来平衡。”

“净零排放中的‘净’很重要，因为在所需的时间范围内将所有排放量减少到零是非常困难的。除了深度和广泛的减排之外，我们可能还需要扩大清除规模。”

02净零设计

就产品设计而言，工程师可以通过创造新产品来帮助终端用户实现净零排放。智能建筑设备就是一个例子。众所周知，智能建筑设备的采用率很低，尤其是在住宅领域。原因有多种，包括成本、旧系统缺乏灵活性以及安装人员对新技术的了解程度低。技术供应商可以帮助克服此类问题，比如通过加强对安装人员的培训，或者举办研讨会以及孵化在线技术社区。智能建筑产品领域只是一个例子。在几乎任何市场中，帮助用户了解和应用节能产品都与创造产品本身一样重要。

另一方面，如果消费者知道他们可以将设备投资分散到更长的时间段，而不必担心他们选择的产品系列可能在生命周期结束之前就过时或损坏，那么他们可能会被鼓励购买昂贵但节能的产品——例如升级到智能照明和供暖。一些半导体制造商保证某些产品的使用寿命可以达到未来的特定日期。如果产品制造商能够在消费市场提供类似的保证，这将有很大的好处。

目光远大或思维敏捷的工程师也许能够想出全新的发明，改变人们的行为方式，或推广节能、环保活动。新技术层出不穷，让以前不可能的事情成为可能。紧凑且价格实惠的高性能电池就是一个例子，它们可以实现新的电动汽车解决方案。此外，还有小巧易用的无线物联网传感器模块，可以开箱即用，构建监控设备。如果在无人看管的地方开着灯或暖气，传感器就会发出警报，警示管理人员前往处理，避免能源浪费。

工程师还可以改进现有设备的设计，以减少运行时消耗的能源。比如得益于更现代的工艺技术和节能设计改进，新一代芯片的功耗几乎总是低于其前代产品。工程师可以通过使用更高效的拓扑、数字电源原理和宽带隙半导体来改进功率转换电路。

此外，工程师还可以考虑物料清单中每个组件和子组件相关的碳排放，比如可以更改外壳等零件的设计以使用再生材料或低碳工艺生产的等效材料。

建筑行业已经广泛讨论了隐含碳，将其作为评估建筑设计和材料可持续性的一种方式。有人呼吁对任何类型的产品都实行通用的隐含碳标签。苹果等高科技公司在这一领域给全球提供了良好范本。

03智能？不智能？

随着人工智能融入嵌入式系统甚至惯性传感器等小型组件，我们能够以比基于传统处理的早期系统低得多的成本和功耗构建复杂功能的设备。机器学习系统可以通过避免浪费能源来协助脱碳：智能照明和供暖可以自动适应居住者的使用习惯，传感器和检查系统可以帮助减少浪费。

更普遍地说，将人工智能注入低功耗边缘和嵌入式计算机系统以执行光学检查、生物特征识别和对象分类等任务，可以节省在云端运行大型人工智能算法所产生的碳排放。

另一方面，我们是否应该考虑让某些东西不那么智能？设计师通常会在消费产品中塞入技术，以最大限度地提高销售吸引力——电动功能、灯光、带有动画图形的高分辨率彩色显示屏、智能手机连接。更注重环保的买家可能会看到功能减少（但更集中）的产品的优点，因此可以使用较小的电池或仅使用储存的能量运行，这样产生的电力浪费最少。

04除碳

就消除温室气体而言，气候与能源解决方案中心的数据显示到2050年，碳捕获可以实现14%的二氧化碳减排量。然而，许多碳捕获和封存（CCS）项目与大规模天然气加工和生产以及石油回收有关。一些工程师可能直接参与CCS技术的开发，或者在工厂调试或安装设备，这样就可以在自己的设计中使用由捕获的碳制成的产品。

如果我们要按照《巴黎协定》的要求控制全球气温上升，实现净零碳排放至关重要。每个人都可以发挥作用，包括工程师。设计产品时，许多方面都会影响其对二氧化碳排放的影响，包括硬件和软件设计、组件和供应商选择以及制造流程。消费者在这方面的意识一定会增强，这就对工程师们提出了更高的要求。