排碳大戶減碳解方!盤點最具潛力4大技術,助重工、航空、畜牧業跟上零碳腳步
排碳大戶減碳解方!盤點最具潛力4大技術,助重工、航空、畜牧業跟上零碳腳步

從節能減碳到淨零排放,除了仰賴生產方式、使用行為的改變之外,加大對於新技術、特別是潔淨技術(clean technology)的發展與投資,才是更根本的解決方案。根據投資網站investopedia定義,清潔技術泛指改善環境永續的創新技術與應用,常見如再生能源、新的回收方法與環保做法。

當2050年淨零排放已成為國際共識與目標,為了減少二氧化碳排放,各國除了發展再生能源外,也積極協助排碳大戶石化、鋼鐵、水泥、貨運、航空與海運產業「脫碳」,包括綠色氫能(green hydrogen),碳捕集、利用與封存( Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)等技術,都是備受矚目的減碳解方。

全球氫能源投資,未來10年逾3,000億美元

在全球極力「減碳」的同時,各國從政府到企業,近年來也將資源投注到另一項化學元素上:氫。根據國際氫能委員會(Hydrogen Council)今年2月發布的報告,未來10年全球氫能源投資將超過3,000億美元,約占能源產業總投資的1.4%。

氫是地球上最豐富的元素之一,廣泛應用在工業、交通活動,如製作甲醇、氨等化學藥劑時的原料、汽車上的氫燃料電池,就連半導體晶圓製造、鋼鐵業煉鋼也需要使用氫氣。

Toyota MIRAI
Toyota最具代表性的氫燃料電池車款Mirai,2020年底新版Mirai續航力宣稱達850公里,且因為補充能源方式是「加氣」,加氣速度比電動車電池充電速度快得多,加滿氣只要10分鐘。

各界之所以對氫寄予厚望,是因為氫氣也可以當燃料使用。然而,目前製造氫氣的方式,主要是使用甲烷、石油等化石燃料,被稱作是骯髒的「灰氫」;一旦改採太陽能或風力等再生能源電力,將水電解後產生氫,這種用綠電產生的氫氣,就稱為「綠氫」。 而運用綠氫製造的氫燃料電池,再用於發電,就可大幅減少碳排量。

也因此,開發綠氫已被視為邁向淨零排放不可或缺的環節。只不過目前使用再生能源生產氫氣的數量仍非常有限。一方面是價格偏高,國際再生能源機構(IRENA)的《綠氫:政策制定指南》指出,綠氫價格仍比灰氫高2~3倍。另一方面是缺少專用基礎設施,相較全球天然氣輸送管道超過300萬公里,氫氣輸送管道僅約5,000公里,仍有待擴大規模。

中研院院長廖俊智
未來,人類應該思考如何從大氣取得二氧化碳,而不是去挖石油。

為了減少二氧化碳排放,各國積極投入CCUS技術。根據國際能源總署(IEA)4月的統計,全球共有22個商轉的CCUS設施,每年可捕獲4,000萬噸二氧化碳。

CCUS技術簡單來說,就是從工廠的煙囪捕捉二氧化碳,再將其封存到乾枯的油田井,不排放到大氣中,或再利用,製作燃料或化學品等。

為何二氧化碳可以封存到油田井?專研碳管理技術多年的中研院院長廖俊智指出,「在美國德州產油的地區,本來就是用二氧化碳把油擠出來,現在只是再把二氧化碳壓下去,把岩石的縫隙填滿。」

表
圖/ 數位時代

近年來,二氧化碳捕捉出現了新方法,不同於從工廠的煙道捕捉二氧化碳,而是從空氣中直接捕獲碳,又稱為 「直接空氣捕獲(Direct Air Capture, DAC)」,捕捉方式是運用像大型空氣清淨機的設備,去除空氣裡的二氧化碳,將是未來高耗能製造業的減碳救星。

廖俊智認為,未來20年內,人類應該思考如何「從大氣取得二氧化碳,而不是去挖石油,這些二氧化碳還可作為燃料、化學品、建材等。」

延伸閱讀:遏止暖化加劇!日本燃煤電廠封裝「超臨界二氧化碳流體」打入地底

減碳最好解方?提早將碳、氫分離

不過,他進一步表示,比起工廠捕碳、空氣中捕碳,最好的方法還是從源頭解決——避免二氧化碳形成。舉例來說,天然氣是由甲烷(CH4)組成的氣態化石燃料,中研院正在研究如何在天然氣燃燒發電前,就先把碳(C)、氫氣(H2)分開,提早阻絕二氧化碳的生成。

具體作法是在發電廠、石油、鋼鐵業旁蓋一座甲烷分解爐,分解的氫氣可以用來發電,碳則可混合在土壤改善土質,或應用於高級碳材。

這項技術預估最快3~5年內就可做大規模測試,希望10年內落地。不過廖俊智也坦承,該方式的缺點是會讓能源效率降到原來的60%,因此將需要更多天然氣來發電,「但這是二氧化碳捕捉最簡潔的方法,沒有比這個更好的做法了。」

CO2,暖化
圖/ shutterstock

然而,不只化石燃料排放大量的二氧化碳,耕種、養殖占全球溫室氣體排放高達19%,超越交通運輸,特別是牛群排放的甲烷,造成暖化程度更是二氧化碳的28倍,蔚為風潮的人造肉技術,將有機會壓低畜牧業排碳問題。

為了讓人類減少吃動物肉的頻率、達到減少碳排的效益,目前市面上有兩大替代方案。第一種是由美國Beyond Meat、Impossible Foods等新創企業帶動的植物性肉品風潮,另一種是在實驗室培養出的肉類,科學家從活體動物身上取得部分細胞,讓細胞自行繁殖,製成食用肉品。

以色列食品新創Aleph Farms指出,相較傳統畜牧生產的牛肉須耗時2年,實驗室製造的牛肉僅需3個月。2020年12月,新加坡更成為全球首個批准販售實驗室培養肉的國家,加快商業化腳步。

不管是哪一種人造肉,不只降低了土地與水的使用,碳排放也能減量,被視為能取代農牧業的未來技術。不過,人造肉平均成本較牛絞肉高出86%,要等到更多業者投入市場,價格才可能降低,食用率才會更普及。

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責任編輯:郭昱彣、張庭銉

關鍵字: #節能 #能源科技
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以晶片的一瓦算力開啟AI新架構!耐能智慧從邊緣到核心,打造臺灣主權算力新典範
以晶片的一瓦算力開啟AI新架構!耐能智慧從邊緣到核心,打造臺灣主權算力新典範

當全球聚光燈都匯集在那動輒使用上萬顆圖形處理器(Graphics Processing Unit, GPU)、耗能堪比核電廠的資料中心時,另一場關乎AI永續發展的運算革命正悄悄發生。這場革命的核心,是如何以更低能耗、更高效率的方式支撐下一世代的人工智慧。而耐能智慧(Kneron)正是這場轉變的推動者之一。

早在2015年,當多數企業仍沉浸在雲端運算帶來的紅利時,耐能智慧創辦人暨執行長劉峻誠便選擇了「邊緣運算」之路的賽道,投入AI系統單晶片(System-on-Chip, SoC)與神經網路處理器(Neural Processing Unit, NPU)的開發。「如果 GPU 是需要龐大設備才能運行的錄影帶,中央處理器(Central Processing Unit, CPU)是性能平庸的 影音光碟(Video Compact Disc, VCD),那麼 NPU 就是能在輕薄裝置中高效運算的 MP3。」劉峻誠用一個簡單的譬喻如此描述著,這不只是晶片製程的改進,而是從架構層重新定義AI運算的方式。

十年磨一劍,如今耐能智慧的NPU晶片已成功進入物聯網、安防、車用與伺服器等不同領域。從智慧水表、穿戴裝置到車用語音系統,乃至企業伺服器與工業應用,都能在有限功耗下執行即時AI運算。合作夥伴從國內上市櫃企業到歐美等地的國際大型企業,都能看見耐能智慧身影,「我們從GPU、CPU進不去的地方出發,讓晶片像樂高積木一樣,從只需一顆晶片的穿戴式裝置,到需要多顆晶片的伺服器,都能使用我們的晶片。」劉峻誠說。

面對算力與能源雙重瓶頸,耐能智慧以新架構迎戰生成式AI時代

面對終端AI應用面臨的「資料流衝突」瓶頸,耐能智慧創辦人暨執行長劉峻誠指出,新世代AI運算不再只屬於
面對終端AI應用面臨的「資料流衝突」瓶頸,耐能智慧創辦人暨執行長劉峻誠指出,新世代AI運算不再只屬於雲端,必須開發能兼容多模態資料並在低功耗環境下運行的自主架構。
圖/ 數位時代

「語言模型和影像模型的資料處理方式完全不同,」劉峻誠解釋到,語言模型要短時間內處理大量資料,但影像模型則需要長時間、連續的低流量傳輸。而傳統AI架構無法同時兼容這兩種特性,這造成了終端AI應用面臨「資料流衝突」的瓶頸。也正是在這樣的挑戰下,成為耐能智慧下一階段的技術突破口。生成式AI不再只屬於雲端,運算正快速轉移至終端,從智慧家庭到醫療、車用、製造現場,都迫切需要能在低功耗環境下即時運行的AI系統。

但更大的壓力來自能源現實與國家安全。劉峻誠表示,GPU架構的能耗與散熱需求驚人,一個大型AI資料中心每年電費可高達60億美元,碳排放量更是巨獸等級。「如果繼續用GPU支撐生成式AI,將會對淨零碳排的目標帶來嚴重衝擊。」劉峻誠坦言並進一步指出,臺灣雖是全球GPU製造重鎮,但本地可用算力有限。「我們製造了全世界近8成的GPU,卻沒有自己的算力,」他語帶無奈,「如果國家級AI應用仍須仰賴境外基礎設施,國家的核心技術與自主權將受制於人,不利於在AI時代掌握主導地位。」

因應這場可能產生的算力主權的危機,耐能智慧決定以「多模態資料流衝突」與「低碳永續算力」這兩項挑戰為目標,開發新世代AI晶片架構。為加速這場技術革命並將臺灣的自主架構推向國際,耐能智慧投入全新晶片KL1140的開發,並成功得到由經濟部產業發展署推動的「驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫」(以下簡稱晶創IC補助計畫)的支持。該計畫在國科會協調與經濟部及相關部會共同合作所提出「晶片驅動臺灣產業創新方案」的框架下,以實質政策補助鼓勵業者布局AI、高效能運算或新興應用等高值化領域的關鍵技術,提升臺灣IC設計產業的國際競爭力與韌性。

從晶片創新到主權AI,晶創IC補助計畫助攻耐能跨入新戰場

耐能智慧透過經濟部「晶創 IC 補助計畫」加速開發的 AI 晶片 KL1140,其效能與能耗表現均顯
耐能智慧透過經濟部「晶創 IC 補助計畫」加速開發的 AI 晶片 KL1140,其效能與能耗表現均顯著提升。
圖/ 數位時代

「KL1140最大的突破在於多模態資料處理架構的創新。」劉峻誠直言其中關鍵。在晶創IC補助計畫的挹注下,耐能智慧得以加速開發新一代晶片,這不僅是十年研發累積的成果,更是政策資源與技術創新的結合,象徵著臺灣在AI架構自主化道路上的重要里程碑。

這項架構革新,使KL1140在效能與能效上都達到顯著飛躍。相較於前一代產品,效能提升6至8倍、能耗比提升10倍、體積縮小至四分之一;以往需10瓦才能運行的任務,現在僅需1瓦即可完成。「你看GPU要加風扇、要水冷,而我們不用,」他笑著說,而這就是低功耗的力量。

這樣的設計,使KL1140成為真正能落地的AI晶片,既可部署於穿戴、車用與工業場域,也能堆疊成伺服器模組,實現了靈活的異構運算(Heterogeneous Computing)基礎建設。透過晶創IC補助計畫的協助,耐能智慧不僅強化晶片設計,更能整合模組、子系統與軟體生態,打造可供企業與政府使用的在地AI解決方案,邁向「AI基礎建設提供者」的新定位。劉峻誠也透露,目前KL1140晶片已開始導入國際主權AI專案,協助能源與環境條件嚴苛的地區,利用該晶片低功耗與高算力的特性,順利發展AI自主。

「我們不是在打造更大的GPU,而是在打造更聰明的AI,」劉峻誠強調。「主權AI的關鍵不只是算力自主,更是能源自主。」他認為,晶創IC補助計畫的核心價值在於讓臺灣的IC設計業者能從單一產品開發,邁向整體系統構建,具備定義新架構、主導新標準的能力。KL1140晶片的問世,不僅讓耐能智慧從邊緣運算邁入AI 核心基礎建設的新格局,更代表臺灣在全球生成式AI時代中,擁有以低功耗、高自主性技術參與未來競局的關鍵實力。

從製造到定義,臺灣AI自主的新起點

在生成式AI帶動的新一輪技術競賽中,算力的分配將決定未來世界的科技秩序。劉峻誠認為,臺灣若要在這場變局中保持主導權,必須擁有能自我定義的架構與技術。「我們不只是為企業造晶片,而是在為國家建算力。」他說。從十年前堅持走上邊緣運算的冷門之路,到今日以KL1140晶片開啟主權AI的新典範,耐能智慧的發展軌跡正體現了臺灣IC設計產業的潛力與決心。未來,耐能智慧將持續推動更高能效、更高彈性的AI架構,讓臺灣不僅能製造世界的晶片,更能定義世界的智慧。

|企業小檔案|
- 企業名稱:耐能智慧
- 創辦人:劉峻誠
- 核心技術:專注邊緣AI SoC專用處理器研發
- 資本額:新台幣6億7520萬元

|驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫簡介|
由國科會協調經濟部及相關部會共同合作,所提出「晶片驅動臺灣產業創新方案」,目標在於藉由半導體與生成式AI的結合,帶動各行各業的創新應用,並強化臺灣半導體產業的全球競爭力與韌性。在此政策框架下,經濟部產業發展署執行「驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫」,以實質政策補助,於113年鼓勵國內業者往 AI、高效能運算、車用或新興應用等高值化領域之「16奈米以下先進製程」或「具國際高度信任之優勢、特殊領域」布局,以避開中國大陸在成熟製程的低價競爭,並提升我國IC設計產業價值與國際競爭力。

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