【導讀】二十多年來,科學家和氣候?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。半導體是現(xiàn)代設(shè)備、電動汽車(EV)、智能手機、機器人等產(chǎn)品的大腦中樞。通過定制創(chuàng)新和自適應(yīng)邊緣智能,半導體或可抓住解決可持續(xù)發(fā)展危機的關(guān)鍵。
簡介
二十多年來,科學家和氣候?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。半導體是現(xiàn)代設(shè)備、電動汽車(EV)、智能手機、機器人等產(chǎn)品的大腦中樞。通過定制創(chuàng)新和自適應(yīng)邊緣智能,半導體或可抓住解決可持續(xù)發(fā)展危機的關(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)濟增長提供了支撐,由于內(nèi)燃機、蒸汽機和電動機等技術(shù)的興起,全世界都依賴于經(jīng)濟實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氫化合物來提供的。雖然這種方式帶來了巨大的經(jīng)濟增長,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)濟和社會后果。比如,2015-2019年間,因氣候危機需要糧食援助的人口多達1.66億3,2000-2019年間,因災(zāi)害造成的經(jīng)濟損失高達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前水平的能源,才能推動全球發(fā)展按預計軌跡前進。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計將導致氣溫升高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年之前實現(xiàn)凈零排放,并將全球升溫幅度限制在1.5°C以內(nèi)。實現(xiàn)這些目標的關(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),進而給清潔能源轉(zhuǎn)型之路帶來前所未有的機會。主要的例子包括逐步用電動汽車取代內(nèi)燃機汽車,目前已經(jīng)在如火如荼地進行中。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),我們可以加強對現(xiàn)有老舊工廠內(nèi)工業(yè)運營的控制,并在此過程中提高生產(chǎn)力,讓整個價值鏈受益,并實現(xiàn)競爭差異化。投資可持續(xù)發(fā)展目標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。”
實現(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到78.4萬億美元8。在ADI服務(wù)的終端市場中,我們預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)?;蟮那榫啊R獙⑷驕厥覛怏w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遠不夠的。
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)?;?,像ADI這樣的解決方案所能實現(xiàn)的脫碳程度。結(jié)果表明,大約可以實現(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。”
圖3. 消除和減少排放的機會。
對于一定程度上由ADI等技術(shù)實現(xiàn)的終端應(yīng)用,如果得到全面采用和規(guī)?;s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、5G無線通信和互聯(lián)HVAC系統(tǒng)。
我們認識到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,我們認為電池管理硬件與算法進步的重要性,將與電池化學以及高效、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,并與負載或速度不斷變化的電機系統(tǒng)結(jié)合使用,來幫助減少二氧化碳排放。ADI技術(shù)可精細調(diào)節(jié)電機速度和扭矩以匹配受控制的負載。這樣可以使電機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)濟必將因氣候變化損失高達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)能政策賦予電機驅(qū)動系統(tǒng)的良機)”。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)對氣候變化的最強自然防御手段)”,聯(lián)合國,2022年。
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