1、第 44 卷 S1 期 包 装 工 程 2023 年 4 月 PACKAGING ENGINEERING 79 收稿日期：20221214 作者简介：李君梓（1994），女，硕士，助教，主要研究方向为通用设计、老年福祉科技。可再生能源推动产品设计可持续发展对策研究 李君梓（长江大学，武汉 430100）摘要：目的目的 环境态势愈发严峻，能源的消耗也在不断增加，人们的环境保护意识也在逐步提高。在可持续发展的背景下，考虑整个产品系统，将可再生能源应用至产品设计，减少产品生命周期中的使用阶段对环境的污染，保护生态环境。方法方法 首先对可再生能源的定义和分类进行概述，再分析可再生能源推动产品设计创新的
2、可行性。最后，结合可再生能源应用到产品设计的实例，基于不同种类的可再生能源归纳出不同的设计创新方向。结论结论 生态文明建设的重要内容之一就是推动能源绿色发展，设计者在这样的时代背景下，可从太阳能、风能、生物质能和人体能量等可再生能源入手，探索未来可持续产品设计的发展。关键词：可持续发展；可再生能源；生物质能；人体能量 中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)S1-0079-06 DOI：10.19554/ki.1001-3563.2023.S1.012 为加快大规模生产，自工业革命后人们展开了对自然的掠夺。在此背景下产生的“有计划的废止制度”使旧产品快速
3、被市场淘汰，吸引消费者不断追寻新鲜感，追逐新产品，这催生了大量的生产与不必要的消费，无疑加剧了人类社会与自然资源的矛盾。随之而来的环境污染、资源浪费、气候变暖、社会不公平等问题也成为了全世界关注的重要问题。联合国第 7 条可持续发展目标表明，要发展现代能源，保证所有人都能够负担得起、可靠和可持续1。在产品的生命周期被迫压缩的状况下，一些有效的设计手段能设法把浪费降到最低水平，利用可再生能源，可以降低对环境的影响。1 可再生能源概述 国际能源组织将可再生能源定义为“从自然中产生的能量，其恢复速度超过了消耗的速度”，并以太阳能、风能、地热、水能和生物能为可再生资源提供了范例。中国可再生能源发展报告
4、（2018）指出可再生能源生产和消费实现快速增长，有力推动了清洁低碳的绿色能源体系建设，促进了能源经济向以生态为核心发展方式的转变，形成了可再生能源规模化发展趋势。2 可再生能源推动产品设计创新可行性分析 可持续发展要求人们在转变思维与观念的同时，将其落实到设计实践之中2，可持续发展与可持续设计的关系见图 1。可再生能源在能源结构中逐渐被重视，它具有取之不尽和低碳环保的优势，这样的优势有助于经济的、文化的和社会的可持续发展。设计的价值也同样体现在对社会的关注和责任。产品的生命 图 1 可持续发展与可持续设计的关系 80 包 装 工 程 2023 年 4 月 周期主要经过了产品的制造、流通、使用
5、以及产品的报废等环节3。将可再生能源运用在与我们生活息息相关的产品上，能在产品生命周期过程中尽可能减少能源和其他自然资源的消耗，还能够让人们最大限度地享有可持续能源。可持续能源为改变人类生活方式和改善经济运行提供了绝佳机会，也为产品设计提供了很好的设计支撑。随着全球化引发的社会变革，在新时代运用跨界思维的方法与开放创新的手段，去解决可持续发展问题和社会共性挑战，则是现在及未来需要深入探讨的问题4。国际知名设计大赛 IF 新秀奖自 2020 年起，以联合国可持续发展目标为主题，以全球重大社会问题为中心，邀请年轻的设计师们一同关注社会与环境，期待透过设计的力量，让世界变得更加美好，联合国可持续发展
6、目标见图 2。可见设计能够推动可持续发展，产品设计也可以合理和巧妙地应用可再生能源，从细小的生活之处解决能源浪费问题，创造更美好的社会环境。图 2 联合国可持续发展目标 3 可再生能源推动产品设计可持续发展对策 自世界石油危机以来，为缓解能源危机，新能源的发展进入了新的里程碑，各行各业的人们都在积极努力探索可再生能源的可能性和应用广泛性，产品设计也不例外，更具吸引力和发展潜力的新能源产品正慢慢被揭开面纱。可再生能源应用对策见图 3。3.1 太阳能的应用 化石燃料引发的生态危机和能源危机，使得太阳能成为绿色能源中最主要的选择之一。太阳能产品的能量转化，主要体现在将太阳能转化成产品所需要的 能量，
7、从而保证产品不需要用电来驱动。1）固定储存使用 目前市场上已经出现了太阳能脚踏车、太阳能汽车、太阳能游艇等大规模的太阳能光伏应用。这些产品能够避免传统化石能源给空气带来的污染，向用户诠释了绿色高效的可持续设计理念。太阳能经常应用于用电功率较高的这类产品当中时，就需要较为大型的太阳能板，不方便轻易移动，比较适合固定储存使用。例如新加坡国立大学环境与设计学院建筑拥有足够的开放式设计，最大限度迎接自然的通风和采光。巨大的屋顶悬挑帮助遮蔽强烈的自然光照，太阳能板负责电能供给，雨水收集系统帮助回收雨水并将其用 图 3 可再生能源应用对策 第 44 卷 S1 期 李君梓：可再生能源推动产品设计可持续发展对
8、策研究 81 于绿植灌溉，粗糙原始的建筑材料使用则降低了人造环境对自然的污染。2）便携移动使用 现在许多工作都需要坐在办公室里，越来越多的人开始意识到户外运动及休闲文化活动的重要性和有趣性，他们频繁参加户外运动，如登山、攀岩、皮划艇、悬崖速降、帆船等，通过活动提升自身精神和身体素质，还能够促进社会关系和人际融洽相处。参加各类户外活动就意味着需要各种户外产品，有不少户外产品属于电子产品，需要便携电源，而在户外却很难随时随地找到电源。因此人们利用现有的资源和能力，希望可以解决人们在野外出行的能源需求问题。而许多产品可以利用太阳能所提供的能量储存在产品中的特性，充分地利用太阳能，应用时还应注意便携式
9、产品小型化和移动性的特点。例如太阳能电冰箱、充电宝、照相机和太阳能户外炊具等。很久以前我们是利用泡沫箱和冰块实现冷藏，后来则是利用电力制冷，至今可以利用太阳来实现制冷。这款无线太阳能户外冰箱仅重 1 公斤，可支持在 27 的温度持续待机 14 小时，最大功率运行时可持续 3 至 5 小时。图 4 太阳能充电宝 3.2 风能的应用 风能是一种可再生的清洁能源，其能量丰富，分布广泛。风力发电的原理是把空气中的动能转换成其他形式的能量，风力发电是最主要的风能使用方法5。图 5 风能自行车灯 1）持续供电使用 风能能够持续的对产品进行供电，通常在户外情景且保持一定持续运动的产品可以使用这种方式，例如自
10、行车、移动充电设备、船只等。自行车在夜间需要灯光，这会消耗能量。有更清洁的能源解决方案可以为自行车灯供电，这种设计提供了一种自行车照明方案，它利用骑自行车产生的自然风能产生存储在电池中的电能。而后电池为 LED 提供稳定持续的电力供照明，不依赖于额外的能源。2）短暂控制使用 在体验经济时代，注重使用者的感觉，注重使用者在行为发生时所带来的心理与情绪体验6。人们对产品的使用不只是实现某一项或某几项产品功能那么简单，普遍常见的交互方式已经无法让用户产生新鲜感和掌控感。用户更希望在使用过程中体验不同的人机交互方式，从趣味性的互动中获得心理上的满足。我们通常将风能转换为电能使用，但除了这种利用方式以外
11、，还可以将风作为一种独特的操作方式，利用风让我们与身边的事物环境产生联系。设计师采用吹风的方式来控制灯的亮起熄灭，让控制开关变得有趣、让开关变得有温度而不是寻常按键。将风能应用至产品，让设计富于多样化发展的弹性结构概念，实现人类与大自然共存的产品循环体系。风控灯具见图 6。图 6 风控灯具 3.3 生物质能的应用 生物质能是一种以化学能量形式存在于生物体内的能量7。生物质能作为一种特殊的能源，利用生物能作为载体进行能量的输送，是目前全球唯一可利用的可再生能源。生物质能包括植物，动物和微生物，这些都是通过太阳能转换而产生的8。生物质能源是一种新型能源，它在缓解全球气候变化、生物多样性丧失、缓解能
12、源供需失衡、维护生态平衡等方面起到了举足轻重的作用。微藻资源、农业生物质能源、细菌资源等生物质能源已成为世界各国努力研究的重要资源9。1）微藻资源使用 微藻是一种有潜力的生物燃料，利用光合作用和有机碳源进行异养，并能在一定程度上积累大量的油脂。微藻具有高效率的光合作用，快速的生长，产量高的特点10。微藻依靠光合作用生长，它的光合作用效率较高，生长周期一般只需 6 到 7 天，是当今可再生的生物质能源以及减排二氧化碳的有效途径。设计82 包 装 工 程 2023 年 4 月 师可以研究微藻能源的工作原理，从而设计出各种有趣的、可持续的设计。例如款概念微生物光合作用灯，设计师将微生物藻类螺旋藻融入
13、家居设计中。首先设计师将一定数量的螺旋藻养在装有碱性培养液的玻璃器皿中，在废热、光、和二氧化碳的合作之下，螺旋藻便产生来光合作用。微藻在进行光合作用时，会发出一种微弱的电流，这些电流会把瓶子里的发光二极管照亮。微生物光合作用灯见图 7。图 7 微生物光合作用灯 2）细菌资源使用 自生物能源诞生以来，微生物中的细菌就与其产生了各种关系。细菌是敌也是友，经常会给各行各业的人们带来一些惊喜，设计师可以通过研究细菌的特点，找到细菌可以利用的方式，例如作为燃料，产生电能灯。细菌能刺激人工合成的酵素，把二氧化碳转变成碳氢化合物，碳氢化合物能被用来生产石油和塑料11。另外。还可以借助自然产生的细菌的能量,从
14、工业废水中产生大量的电能，细菌持续地消耗废水中的有机物，既清洁了废水，又能发电。如 Electric Life系列作品中，利用微生物分解发电的原理制作微生物电池，并将其应用到灯具产品中。设计者在淤泥里找到了一种活跃的地球菌，并利用其发出的微弱的电流，建立起一个生态系统，这个被称作“细菌电池”的环境。使用此灯的人，每周都要给细菌注射一次自来水，醋酸或醋来喂养细菌。细菌电池见图 8。图 8 细菌电池 3）农业生物质能资源使用 中国作为世界农业大国，农业生物质资源十分丰富，其供应结构具有内在的稳定性。农业生物质资源主要包括农作物秸秆、农业加工剩余物、林业木质剩余物和畜禽粪便等12，其中最重要的来源之
15、一农作物秸秆，主要包括粮食作物、棉花和糖料作物等大类。农业生物质能具有分布广泛、生产安全、可再生，低污染、二氧化碳零排放等优势，因此在节能降耗、去污减排的当下，提高能源的自给率，开发利用农业生物质能显得尤为重要。近年来，生物技术被广泛应用于解决能源危机和环境污染问题，通过生物技术应对气候危机，发展可持续农业，为可持续设计提供了新的思路和研究方向13。农业生物质发电是一种清洁能源开发利用方式，而我国农业生物质发电技术也较为成熟，生物质发电潜力巨大，产品应充分利用农业生物质的各种优势，增强可持续发展能力。Lumir K 是詹姆斯戴森奖和亚洲设计奖的得主，它是一种使用食用油作为燃料的灯，其亮度比大多
16、数传统煤油灯都要亮。这种油不需要燃烧蜡烛芯，不会产生难闻的气味，它是将热能转化为电能的方式为 led 灯提供能量。图 9 食用油灯 面对化石能源的枯竭和环境的污染，各行各业开始探求生物能源，给可持续发展带来了希望的曙光。要想在二十一世纪促进经济发展，保护环境，设计者必须了解生物能源，科学地、合理地应用生物质能至产品设计当中，变废为宝，拓宽能源高效利用途径，提高生物质能利用效率，让生物质能可以被物尽其用14，发挥经济、社会和生态综合效益，促进人与自然和平共存。3.4 人体能量的应用 人们的生命中到处都有能量，许多能量看上去微不足道，没有引起我们的注意，但如果用特殊的装置来收集这些微弱的能量，将会得到很大的能量15。1）无意识运动使用 人类在完成跑步、散步之类的活动时可以产生能量，这些能源可以转化成电力。当人在行走时，可利用他在行动中所产生的力量，作为备用能源。由人体重力作用在设备上所作的功所产生的能量，能够被立即使用或储备在特殊装置中，这样人体能量也可以成为 1 种可再生的能源，为产品提供能量。比如城市道路照明设施，人们可利用自身的人体能量点亮城市的一部分。英国伦敦伯德街的智能街道就是利
