你不知道你需要治理什么。
——爱德华·帕森
如果说谷歌光纤这样的项目是在“过度投入”中预防未来世界的不足，那么，现实世界的资源稀缺与匮乏就需要另一类技术创新与商业推动。如果说量子计算机是科学家主导的知识人变革，那么，新能源、工业互联网、3D打印和嵌入生物基因技术的农业就是客户、政策和环境压力下的供给端创新。
以新能源技术为例，柴油客车市场在20世纪90年代，尤其是在欧洲能够扩张，要归功于发动机技术的进步。司机喜欢柴油发动机的燃油效率，其整体运营成本比汽油更低。与此同时，各国政府接受了这样的结论：柴油发动机比汽油发动机排放的二氧化碳（CO2 ）少。
2012年，研究首次证明柴油会对健康产生极大的影响。柴油发动机废气中的氮氧化物、二氧化氮（NO2 ）和颗粒物（PM）被指为无声杀手。相关研究迅速开展。欧洲环境署发现，柴油中的二氧化氮（NO2 ）在一年内造成约7.1万例人过早死亡。世界卫生组织宣布柴油机废气是与石棉和芥子气同类的致癌因素。
2015年9月，与丰田一起在世界上最大的汽车公司名单中名列前茅的大众汽车公司，多年来一直在开展“清洁柴油”营销活动，它承认在排放测试中作假。英国政府前气候变化首席科学顾问戴维·金（David King）也承认，内阁在推动柴油技术时发生了巨大错误，误信了汽车行业。 [1]
全球范围内的民意调查显示，一些大城市的公民已经开始认为清洁的空气比便利性更重要。2016年，YouGov的调查显示，52%的伦敦人支持在伦敦市中心禁止柴油车辆通行。在法国，“到2020年在市中心禁止柴油”的类似民意测验得到54%的支持。当全世界的城市纷纷行动起来，当巴黎、马德里、雅典和墨西哥城的市长要求在2025年前将柴油车辆完全从市中心淘汰，以电和其他清洁能源驱动汽车的技术又回到了市场焦点。
在这些领域的技术商业化，需要应对在赤字中挣扎的政府、由低收入消费者构成的市场，还要密切关注气候。
温室效应可能令海平面上升。常年气温和降雨量的变化，转移了农业作物种植的时间和地点。保险精算师也需要预测可能增加的风险成本。全球制造业公司也在发生重大变化。温室气体的制造者——汽车公司正试图尽量减少其对环境的影响。 [2]
因气候变化而改变，也许意味着亏损、市值下降，或失去市场份额。不过，如果改变不是简单的“关停并转”，而是使创新技术商业化，结果可能是找到新的成本削减方式及新的收入增长点。宜家的供应链由于气候变化而受到干扰。在南亚的工厂遭受洪灾破坏后，宜家制定了目标：到2020年，它希望在其商店中使用可再生能源，如风力发电场和屋顶太阳能装置。
不论瓶子多旧，有价值的始终是新酒。
新能源，清洁的进步
一、太阳能
在新能源行业，“全球最聪明公司”创新和研发的重点始终是太阳能。
2013年，2004年成立的BrightSource Energy 公司融资6.15亿美元，建设了世界上最大的太阳能工厂，通过镜子反射阳光到反应塔上而产生蒸汽。2005年成立的Semprius公司获得了4500万美元的投资。这家公司使用通过微小透镜集中太阳光的新方法来提高太阳能发电的效率。
成立于2007年的阿尔塔设备公司（Alta Devices）融资1.2亿美元，用于推进超高效太阳能。美国军方将使用阿尔塔的柔性电池作为无人机和士兵的便携式电源。
市值450亿美元、已成立116年的陶氏化学（Dow Chemical）有员工5.4万人。它第一年上榜的理由，是将集成光伏材料的屋顶瓦片商业化，成本比安装的太阳能电池板低很多。对陶氏化学这样的百年大公司来说，除了客户的期待，还有公共责任。政府希望它们在环保议题上能有所帮助。
在美国，市值2450亿美元、成立于1890年的通用电气就在帮助公共事业利用风能和太阳能。当无法使用更环保的能源时，新的通用电气燃气轮机将迅速发挥作用。
要让市场接受一种新能源，必须可负担。规模化生产可以降低成本，而找对需求量庞大且持久的市场，则是规模化生产的前提。在这方面，中国政府的政策影响了全球太阳能技术的市场。
中国是全球最大的煤矿生产国和消费者，每年燃烧的煤的数量大约是全世界其他地区的总和。中国政府针对煤场整治空气污染的努力正在取得成效，一批公司在减少污染方面取得了很大成功。绿色和平组织的报告显示，2013— 2014年，中国许多主要城市的污染等级都在下降，2015年第一季度下降幅度更是接近三分之一。这一重大的环保成就来自中国政府的积极推动与政策激励。
由于中国对太阳能电池板制造行业的巨额投资，太阳能设备的成本大幅下滑，也造成了全球产能过剩，进而令美国制造商难以竞争，导致制造商关门。尽管全球最大的太阳能热电厂还由BrightSource Energy（位居2014年“全球50大最聪明公司”榜单第15位）在加利福尼亚州建设，到2014年，在全球投资者眼中，太阳能似乎不再炙手可热。众多太阳能制造商纷纷倒闭，包括BP Solar、Abound Solar以及Solyndra。
然而，排在2014年“全球50大最聪明公司”榜单第25位的太阳能创业公司1366 Technologies居然还在维持运营。2013年，这家公司新建了一座生产硅片的示范性工厂。目前，公司的设备每天能生产超过1000个硅片。在最常见的太阳能电池中，硅片是一个至关重要的组成部分。传统工厂需要通过切割整块的硅来获取硅片。1366 Technologies的设备则将传统的制造过程简化为一个步骤，并将生产成本降低了一半以上。这非常重要，因为硅片在太阳能电池板的成本中所占比重约为40%。这项技术由麻省理工学院前教授、1366 Technologies首席技术官伊曼纽尔·萨克斯（Emanuel Sachs）首先应用于硅片生产。2011年8月破产的埃格太阳能（Evergreen Solar）所依赖的技术，也是由伊曼纽尔·萨克斯发明的。但与埃格太阳能不同，1366 Technologies并不销售太阳能电池板成品，而是选择为其他制造商提供制造电池板所需的部件。这降低了推广新技术的商业风险，也使扩大制造规模的费用变得更低。
1366 Technologies曾计划在2015年年底前使其投资1亿美元新建的工厂拥有50台设备，制造出足以产出250百万瓦特太阳能的硅片。分析人士曾预计，到那时太阳能市场的规模将增大数亿瓦。工厂的部分资金来源于1366 Technologies在2011年6月争取到的联邦贷款担保（正是在1366 Technologies获得这笔资金的几个月之后，Solyndra就破产了）。
太阳能技术估值回调使中国的能源公司能以低价抢得先进技术。排在2014年“全球50大最聪明公司”榜单第23位的汉能控股将曾经估值12亿美元的Miasole以3000万美元的价格收入囊中。
2015年，收购了Silevo的SolarCity大举进军太阳能电池板制造领域。Silevo的技术（每块电池板会产生更多的电能）可能会让美国成为成本最低的电池板生产地，对太阳能电池板和零配件的进口关税也将有帮助。SolarCity认为，太阳能在没有补贴的情况下与化石燃料竞争的时刻可能在“两三年后”到来。到2040年，太阳能将成为美国乃至全球“占主导地位”的能源。 [3]
2008年10月成立的SolarCity排在2015年“全球50大最聪明公司”榜单的第9位。埃隆·马斯克为该公司的最大股东和董事。他提出了SolarCity的初步概念，并由他的表弟Lyndon Rive担任首席执行官和联合创始人。SolarCity的商业模式是提供一个20年的租赁计划，房主在固定月租费（55美元起）、没有首付款的情况下，租赁太阳能光伏系统安装在自己的屋顶上（SolorCity提供免费设计及安装），来降低家用电力费用。2015年年初，美国客户租赁太阳城的屋顶太阳能电池板的数量有177000块。
在2012年时，埃隆·马斯克宣布，SolarCity和特斯拉汽车公司将共用电动车电池技术，以降低屋顶太阳能板对地区电网的冲击。2013年12月4日，SolarCity宣布推出一款采用特斯拉电池技术的智能能源储存系统——“SolarCity Demand Logic”，能够储存电力来应对高峰时段的需求，进而降低能源成本，同时还能在断电时当备用电源。SolarCity在布法罗市规划的工厂将是西半球最大的硅太阳能电池板制造中心。受益于政府税收优惠和其他激励举措，自2012年上市以来，SolarCity的股价已上涨逾7倍。
2015年10月，在与清华经济管理学院师生座谈时，埃隆·马斯克表示，不排除SolarCity在几年后进入中国。
2016年，幸存下来的太阳能企业并没有停止创新。市值50亿美元、排在2016年“全球50大最聪明公司”榜单第11位的First Solar以低成本的薄膜半导体技术设计和制造太阳能电池板，它们同时还建造太阳能发电厂，为各类设施提供能源。这家公司与其同行们的本质区别在于盈利能力，2015年公司的收入为36亿美元，其中净利润高达5460万美元。
2017年，太阳能行业有了转机。市值44.07亿美元、排在2017年“全球50大最聪明公司”榜单第12位的上市公司First Solar，2017年的净销售额为29亿美元。这是它第5年上榜。2016年，First Solar获得了世界上最大的光伏组件合同，客户包括位于澳大利亚北部昆士兰州的一座140兆瓦的太阳能发电厂，这也是澳大利亚最大的太阳能发电厂。该公司开发、构建和运营连接到电网的光伏发电站，并继续大力投资其碲化镉电池。碲化镉电池在替代硅太阳能电池上很有前景，并已经取得巨大进步。
撒哈拉以南非洲地区最大的离网太阳能运营商、排在2017年“全球50大最聪明公司”榜单第34位的肯尼亚公司M-KOPA以日收费形式，向肯尼亚、乌干达和坦桑尼亚的消费者提供清洁能源。2016年春天第50万户接入该电网。该公司还通过与当地主要的电信公司Safaricom等合作，扩大销售。此外，该公司的新型太阳能电视系统已投入6万户家庭使用。
排在2017年“全球50大最聪明公司”榜单第31位的特斯拉汽车收购了兄弟公司SolarCity，正式启动了超级电池工厂的生产，市值升到640亿美元。完全不理会外界对自己的技术方案、商业模式和扩张策略的质疑，特斯拉在收购公告中表示，将成为全球唯一的垂直一体化能源公司，为顾客提供端对端的清洁能源产品。首先改变消费者每天驾驶的汽车和驱动汽车的能源，之后是维持家庭和公司里各种电器运转所需的能源。集成SolarCity业务后，市场可以想象特斯拉将成为一家解决个人能源问题的“苹果商店”。
在专注于可持续发展的企业中，特斯拉仍然是品牌成功的最佳例证，它推动着电动汽车、储能和太阳能技术的发展并证明了其商业可行性。在政治干预和利益集团扎堆的能源市场，创新技术逆袭的成功概率仍然微乎其微，但它也因此值得激赏。
二、风能与天然气
在新能源领域，以技术进步来控制成本，或者尽可能抢占更大的市场份额并保持领先的规模化效益，往往意味着能够走得更长远。风力发电就是如此。
2015年，排在2015年“全球50大最聪明公司”榜单第24位的西门子就以技术进步降低了海上风力发电的成本。该公司在全球安装了13100台风力发电机。到2017年，市值191亿美元、排在2017年“全球50大最聪明公司”榜单第15位的丹麦公司维斯塔斯巩固了世界上最大的风力发电机供应商的地位，在美国的市场份额甚至超过通用电气。根据Navigant Research的统计，维斯塔斯在2015年下半年增加了近6500兆瓦的装机量。上榜时，这个丹麦风电巨头已经连续14季度实现盈利。
天然气并不是严格意义上的清洁能源，但如果能够将天然气转化为可运输的燃料和可交易的化学品，则可能通过减少对石油的依赖而在能源清洁化的方向上取得进步。使用天然气制造汽油可以将成本降低一半，也可以让塑料成本更低廉。每桶石油的成本约为100美元，但天然气在美国的销售价格相当于每桶约20美元，储量却比石油丰富2～6倍（水力压裂技术已经使美国东部页岩这样非常规来源的生产激增）。和石油相比，天然气在全球的分布更均匀。中国、澳大利亚以及欧洲、南美洲和南非的许多地区储量丰富。通过天然气制造石化产品，可以帮助世界其他国家免受石油出口国的经济束缚。
获得了6350万美元风险投资基金的Siluria Technologies公司正在尝试这项创新。它排在2014年“全球50大最聪明公司”榜单的第41位。这家硅谷创业公司的目标就是创造一个有效利用天然气而不是石油制造乙烯和汽油的过程。使用催化剂通过甲烷（天然气的主要成分）可以生成这些产品，但是数十年来化学工程师还没有找到有效的工业化配方。
Siluria Technologies认为它可以在别人失败的地方取得成功，不是因为它更好地理解了化学物质，而是因为它有快速制造和筛选潜在催化剂的方法。该公司建立了一个自动化系统，可以一次快速合成数百种不同的催化剂，然后测试将甲烷转化成乙烯的效率。这种快速合成是通过改变催化剂的成分和微观结构实现的。纳米线形式的催化剂会改变它与甲烷相互作用的方式，这样可以将无用的元素组合转变为有效的组合。该公司希望证明该技术将在商业规模下工作，并可以接入现有的炼油厂和化工厂。
截至2015年，全球用不上电力的人口数量有11亿。排在2015年“全球50大最聪明公司”榜单第6位的SunEdison积极扩大可再生能源产品，把向发展中国家提供电力做成一门生意。
梦想电池，储能技术的圣杯
不论过去还是现在，储能始终是能源行业的核心技术。而对于储能技术而言，成本是其能否商业化的关键。
一、电网中的电池
2010年成立的Ambri公司制造了可以在电网上储存能量的电池，其液态电极可以很快吸收大量的电力。更重要的是，这一技术的成本相对较低。麻省理工学院材料化学教授、Ambri公司的联合创始人唐纳德·沙德维（Donald Sadoway）设想使用液态—金属电池构建电网储能电池，从而以很低的成本，多小时地存储太阳能和风力发电产生的能量。由于电网储能的固定电池不用像笔记本电脑、汽车或手电筒中使用的电池那样轻便，因此它可以选择与这些电池完全不同的化学成分。其结果就是这样的电池可以使用充足且廉价的材料和简单的生产工艺进行制造。这种电池可以安全地控制大电流，在短时间或更长的周期内提供能量。
当唐纳德·沙德维在2005年第一次考虑电网储能问题时，他希望从铝精炼熔炉中获得灵感。这些巨大的机器可以扩展到20万平方英尺（约为18580.61平方米），通过电解的方式使用大量电能从熔融状态的氧化铝中提取铝。接受过冶金学训练的唐纳德·沙德维认识到熔炼过程可以为充电电池提供参考模板，使电池输出的电流水平达到电网应用的要求。想到液态—金属电池的主意以后，唐纳德·沙德维开始寻找合适的电极并最终选择了镁和锑。之后，Ambri公司又改用更便宜的合金和盐的混合物，化学反应过程不变。
2007年，沙德维实验室制造了一个使用镁—锑技术的试验级电池。2009年，该项目从美国能源先进研究项目局（ARPA-E）和法国石油公司道达尔（Total）那里获得了将近1100万美元的研究资金。2010年，唐纳德·沙德维和他的学生戴维·布拉德韦尔（David Bradwell）创立了液态—金属电池公司（Liquid Metal Battery Corporation），得到了比尔·盖茨和道达尔的种子资金支持。2011年夏天，该公司聘用了首席执行官菲利普·朱迪切（Philip Giudice），协助从科斯拉风险投资（Khosla Ventures）那里获得了1500万美元的资金，并改名为Ambri。
由于风力发电和太阳能发电的间歇性，这些可再生能源不能可靠地为整个甚至大部分电网供电。电网调度要保证用电量和发电量之间的稳定平衡，电力系统必须满足最大用电量的需求。在缺少电网储能手段的情况下，意味着风电场和太阳能电站通常需要可快速供应电力的天然气发电站做支持。
99%的电网储能方式是“抽水蓄能”——用水泵把水送到高处的水库，在需要发电时释放，推动发电机发电。但这只限于山区和水资源丰富的地区。美国能源先进研究项目局能源部主管电网储能项目的马克·约翰逊（Mark Johnson）表示，抽水蓄能提供的电量还不到美国一天消耗的电能量（power capacity）的1%。
许多公司正在开发新型储能设备，包括各种类型的巨型电池、大型旋转圆筒装置（飞轮储能），甚至还有压缩空气存贮罐。但还没有一种方法具有价格竞争力。根据规模，一个抽水蓄能电站可以以每千瓦时100美元的成本价提供数十小时电力。电网级储能电池的成本是它的10倍。Ambri公司认为自家的技术可以提供成本低于每千瓦时500美元且可靠的能量储存。虽然价格仍高于抽水蓄能技术，但电池可以被放置在任何地方，在许多应用条件下这是最经济的选择。
如果Ambri公司可以使电网储能变得廉价、可靠，就将改变很多地区消费者获得电力的方式。该公司希望实现商业意义上的全尺寸样机原型，由80个电池模块构成，可以发出500千瓦时的电能，并存储2000千瓦时的电能，足以为70个美国家庭提供一整天的电。
如同计算机缓存保证了用户更快地获取数据，未来的电力系统需要许多巨大的电池在网络节点上起缓存作用。卡内基梅隆大学材料科学教授、Aquion Energy创始人杰伊·怀特克雷特（Jay Whitacre）曾在美国国家航空航天局（NASA）从事火星探测器电池的开发工作。他发明了一种新型电池，可以使全球可再生电力更加实用和经济。
2007年成立、2013年第一次上榜的Aquion Energy公司融资4300万美元，已经开始出售可以廉价制造的新型电池，电力公司可以将其用于电网存储。该公司将在宾夕法尼亚州芒特普莱森特的一家新工厂开始全面生产。
杰伊·怀特克雷特的电池中的电流是由氧化锰类正电极和碳类负电极之间的盐水电解液导管产生的钠离子。最有希望的短期应用领域是在离网家庭或地区实现太阳能电池板或其他可再生能源的能源存储，提供比常规替代方案（柴油发电）更便宜的24小时电源，也可以替代有毒的铅酸电池。这一新电池使用无毒材料，不需要空气调节，使用寿命预计将达到铅酸电池的两倍，且成本大致相同。
募集了超过1亿美元资金的Aquion Energy公司分别在2014年、2015年和2016年上榜“全球50大最聪明公司”榜单，分别排在第34位、第20位和第5位。这家初创公司的投资人像一本行业名人录——包括了比尔·盖茨（Bill Gates）和凯鹏华盈（Kleiner Perkins Caufield & Byers）公司，同时还有隶属于能源巨头Shell和Total的风投公司。它建成了自己的生产线，开发的新型电池开始拥有客户。
然而，虽然从知名投资者处融资近2亿美元，2017年3月8日，由于未能完成进一步的融资，Aquion Energy裁员80%，工厂停产，并申请了破产保护。在众多新能源创业公司中，这并不是第一起风投支持储能公司创业失败的案例：2015年，液流电池公司Ener Vault在融资失败后被迫出售；同年，液态金属电池公司Ambri裁员25%；与此同时，一家致力于研发另一种储能系统（将空气压缩到碳纤维容器并储存）的公司LightSail Energy迫于后续资金不足，不得不转向为天然气供应商提供碳纤维存储罐……
首先，由于技术成本高昂且不成熟，造成了电网存储市场规模有限，而且发展缓慢；其次，更为重要的是，在短期内现有的储能技术（即锂离子电池）价格下降的速度超过了预期，削弱了像Aquion Energy这类新能源公司的竞争力。
直到申请破产，Aquion Energy的电池售价依然未知，但据彭博新能源财经的报道，锂离子电池的价格在2016年就已跌破300美元/千瓦时。为了满足手机、电动汽车和太阳能备份系统的需求，全球锂离子电池的产量不断增长，其价格在两年内下降了将近一半，并在2016年达到了273美元/千瓦时。未来锂电池的价格很有可能会继续下降。据彭博新能源财经预测，锂离子电池价格将在2025年降至109美元/千瓦时，而在2030年则会降至73美元/千瓦时。
尽管有业内人士对上述预测能否真实地反映锂离子电池在电网中的存储成本表示怀疑。但无论如何，锂离子电池价格突然下跌已经对市场产生了“巨大的连锁反应”。
2015年最有意思的投资之一，是以吸尘器闻名的英国家电制造商戴森（Dyson）投给了一家新能源电池商Sakti3公司1500万美元的资金。Sakti3的新型固态电池省去了大多数电池中使用的可能过热的液体电解质，不需要庞大的冷却系统，因此可以以更小的封装输送相同的能量。
这家公司认为，主流电池技术采用液体—电解质系统的主要原因是高能量密度。但液体—电解质系统在重量、费用、安全等方面都有明确的限制。锂电池技术已经不断改进，但仍比不上内燃机的能量密度。这款固态电池的储电量达到锂离子电池技术的两倍，这可能导致电动汽车的使用范围比目前更大。因此，通用汽车公司也是Sakti3的投资者。
Sakti3排在2015年“全球50大最聪明公司”榜单的第23位，可能对很多市场产生影响，如电动汽车、家庭用电，甚至电网规模电力的便携系统。第一年上榜、排在2015年“全球50 大最聪明公司”榜单第49位的Imprint Energy公司则致力于研发超薄、灵活、可充电的电池，通过常用的工业丝网印刷机便可打印。
2016年，排在“全球50大最聪明公司”榜单第28位的德国公司Sonnen从通用电气等投资人手里共融到2000万美元。Sonnen公司为家庭开发太阳能电池板与锂电储能系统，它们称其为“虚拟发电站”，能让消费者以比电网价格低25%的成本使用能源。用户还能通过该公司开发的全新交易平台来购买电量，或销售多余的电量。根据公司测算，它们系统中的电价比电网低25%。
二、汽车中的电池
在各种新型电池的竞赛中，用于汽车动力的电池竞争最残酷。在这个传统行业，电还是一种新的能源选择。而对于汽车公司而言，销售电动汽车也是一件困难而有风险的事。1975年，美国《消费者报告》杂志在对两台电动汽车的测试中发现了“主要的安全和操作问题”；电动汽车表现不佳，甚至没有达到广告中宣传的性能。它们加速缓慢，在坡上会熄火，总会在不合适的时间没电。该杂志宣称：“在任何公共道路上驾驶任何一辆这样的车都是愚蠢的。”当时市场上电动汽车的行驶距离只有30英里（约48.28千米），时速为50英里（约80.47千米），0～30英里的加速时间12秒。而且，与汽油驱动的产品相比，这些电动汽车的运行成本不便宜。
不过，排在2014年“全球50大最聪明公司”榜单第2位的汽车制造商特斯拉汽车（Tesla Motors）似乎是一个例外。相比日产汽车（Nissan）的Leaf和通用汽车的Volt，特斯拉进入市场第一年（2013年）的电池驱动轿车Model S的全年销量是它们的两倍以上。更令人难以置信的是，特斯拉是一个没有经销网络的创业公司，Model S的售价还比其他主要汽车制造商所生产的电动汽车贵两倍以上。为了保证250 英里（约402.34千米）的最大行程〔大部分竞争对手的最大行程不足 100 英里（约160.93 千米）﹞，特斯拉第一批电动车价格每辆从 7万美元起，最高可达 10万美元以上。
2010年6月，特斯拉在纳斯达克上市，净募集资金约1.84亿美元。在上市前几天，《纽约时报》爆出马斯克已经濒临破产。特斯拉成为自1956年福特汽车首次公开募股以来第一家上市的美国汽车制造商，也是唯一一家在美国上市的纯电动汽车独立制造商。
特斯拉成功的部分原因在于它自己设计电池、发动机、电子设备和控制软件。比如，Model S 的充电速度比其他电动汽车快两倍以上。要做到这一点，所有的部件在工作时要完美同步，包括冷却系统、控制充电器的电子设备以及与电网的连接。如果把各部分的生产外包，公司的创新速度、推出新产品的速度都会慢很多。
汽车业与软件业对汽车控制权的竞争（详见第二章）使得特斯拉这样的“奇葩”反而消除了竞争性合作伙伴之间的交易费用；更重要的是，这令特斯拉的创新速度可以与互联网科技公司同步，而不需要与传统的汽车业保持一致。比如，特斯拉一开始就决定在电动机上由数字控制器取代模拟控制器，用软件控制发动机，结果带来了开发上巨大的灵活性和敏捷度，甚至让特斯拉成了第一家能远程控制车辆动力的汽车企业。2013年，两辆 Model S 轿车在驾驶者辗过路上的物体后起火。事后，特斯拉发送了一个软件补丁，升高了汽车在公路上行驶时的高度。之后再也没有出现过类似问题。
特斯拉另一个与众不同的选择是电池。其他的汽车公司选择大型电池，一个电池组中或许只需要数百个电池。而特斯拉从类似笔记本电脑电池的设计入手，其每千瓦时蓄电的成本低于其他汽车生产商所使用的电池，但必须用一万个电池才能驱动一辆汽车。
2015年，特斯拉位居当年“全球50大最聪明公司”榜单的第1位，开始将电池技术从汽车扩展到住宅和商业应用。这时，我们才看到汽车业巨头丰田拼命追赶的身影。
虽然丰田在1997年率先推出混合动力汽油电动普锐斯，使得该公司成为推出全电动汽车最合适的汽车公司之一。对续航、成本和电池耐久性的怀疑使得丰田不愿意进入市场。
丰田在2010年以5000万美元的价格收购了特斯拉约3%的股份，作为交易的一部分，丰田将其在加利福尼亚州弗里蒙特的装配厂出售给埃隆·马斯克。当时，特斯拉只生产了少量的高端电动跑车，但在2012年，它推出了非常成功的Model S。
到2014年，丰田和特斯拉的伙伴关系已经破裂，部分原因是丰田保守、安全第一的工程理念与特斯拉冒险的硅谷方式之间的文化冲突。丰田停止销售共同开发的电动多功能车Rav4 EV，并于2014年开始出售部分特斯拉的股权。
2015年，直到特斯拉的成功与全球排放标准越来越严格，丰田才表示要进入拥挤的电动汽车市场。
2016年，丰田研究院发表的最有前瞻性的产品是一辆氢气燃料电池汽车——Mirai。Mirai的续航能力为300英里（约482.80千米），唯一排放的气体是水蒸气。排在2016年“全球50大最聪明公司”榜单第17位、市值1520亿美元的丰田计划建立一个在经济上具有可行性的氢燃料补给网络。虽然氢燃料电池是被埃隆·马斯克公开斥为“令人难以置信的愚蠢”的技术，但丰田仍然坚持自己的选择。
2016年年底，丰田出售了该公司持有的最后的特斯拉股份，这意味着两家公司从潜在盟友变成了彻底的竞争对手。 [4] 同时，排在2016年“全球50大最聪明公司”榜单第4位的特斯拉汽车推出了一款价格亲民的电动车——售价35000美元的特斯拉Model 3。到2017年年初，更便宜的Model 3的预定量超过40万辆。11月，5万美元的特斯拉新电动跑车Roadster一次充电可以行驶620英里（约997.79千米），最高时速250英里（约402.34千米）， 0～100英里（0～160.93千米）加速4.2秒。
为智能手机、平板电脑提供能量的锂电池也可以驱动电动车，然而它不仅制造成本高，同时制造工艺又十分费事。排在2016年“全球50大最聪明公司”榜单第23位的初创公司24M开发了一整套全新的设计和制造工艺，目标是将锂电池的制造成本降低一半。
公司创始人、麻省理工学院材料科学教授蒋业明的创新是半固体电极，即通过将粉末与液体电解质混合制成糊状浆料形成的电极。该设计使24M能够增加电池中的储能材料的数量，并使其相当于相同尺寸的常规锂离子电池的容量增加了15%～25%。新设计的制造也更快且更便宜。
制造锂离子电池的典型大型工厂的成本约为1亿美元，部分原因是需要专门的机器来涂覆、干燥、切割和压缩电极膜。由于半固体电极不需要这些步骤，24M表示，其电池可以在五分之一的时间内生产，而且在更小的工厂中生产。如果该技术成功，24M可能成为首批将锂离子电池的成本降低到每千瓦特低于100美元的公司之一，也就是说，电动汽车可以与内燃车在成本上竞争了。为了早于竞争对手（在2020年之前）达到这个目标，24M计划于2018年年初推出首款产品。
三、更便宜且更节能的光
在照明技术市场，一个主要研发方向也与能源有关，即节能。
2013年，市值280亿美元、成立于1891年的飞利浦公司使LED灯泡更经济实惠，更高效实用。新型灯泡可以由手机和平板电脑控制。
受各国政府新节能法规的推动，在从桌面照明到路边照明的各个领域， LED 照明设备正日益取代白炽灯和荧光灯。LED 照明设备使用半导体产生照明，具有多种优势：更节能，灯泡的使用寿命长，照明强度可调节。但很多消费者和企业不愿意接受这项新技术，其原因一是初期LED产品的品质不佳，二是相比托马斯·爱迪生发明的白炽灯泡，LED灯泡的价格更贵。
上市公司Cree起初为其他LED制造商提供产品部件。之后，因对老牌制造商所生产的LED灯泡的质量感到不满，Cree决定自己设计、制造LED照明设备。2013年，Cree推出了一款在外形和光线质量上都与老式白炽灯泡相似的产品，其照明效果相当于60瓦的灯泡，其价格低于14美元（几年之前的LED灯泡的售价是这个价格的2倍以上）。Cree的技术优势，是能够在每个灯泡内部将一系列的LED发光二极管集成在碳化硅晶片上，这让其产品的亮度超过了竞争对手使用蓝宝石衬底的产品。
到2014年，Cree通过制造便宜的LED灯泡排在当年“全球50大最聪明公司”榜单的第13位。Cree的LED灯泡开始在家得宝（Home Depot）出售，与通用电气、飞利浦和欧司朗（Osram Sylvania）等照明设备巨头的同类产品正面竞争。康氏咨询公司（Carnotensis Consultancy）称，Cree每年销售价值5亿美元的LED照明设备，已占据北美市场10%的市场份额。
2015年，成本和价格优势又回到了飞利浦这边。不断受到新人挑战的LED照明巨头在竞争中追求更廉价的节能技术。这家排在2015年“全球50大最聪明公司”榜单第32位的公司将两种可使用10年的LED灯泡的售价降到5美元。
工业互联网
在传统工业的市场，大数据和新型传感器技术的创新增加了“工业互联网”的想象力，持续吸引着大公司的研发投入。发达国家的劳动力和能源成本都很高，自动化程度和效率的提高是植根于发达市场的企业在未来是否保持盈利的关键。
以前，工业互联网更多的是一个内联网，大多数数据从来没有离开工厂或公司的防火墙。2013年7月，通用电气在纽约Schenectady开设了一家价值1.7亿美元的工厂，生产为电话塔等供电的钠镍电池。该工厂拥有超过10000个传感器，分布在18万平方英尺（约16722.55平方米）的厂房，并连接到高速内部网络。这些传感器监测使用哪些批次的粉末形成电池核心的陶瓷，烘烤它们的温度有多高，每个电池需要多少能量，甚至是局部空气压力。在车间里，拿着iPad的员工可以从工厂内设置的Wi-Fi节点取出相关数据。对进入电池的每个部件都会跟踪序列号和条形码；不论生产管理者想要评估制作特定电池哪部分所需的能量，并将其与平均值进行比较，或研究一天的生产，都可以对强大的工作站进行特别分析。比如，传感器数据发现某些部件在生产线上花费太多时间后，质量测试会失败。
这座电池厂拥有100多个能够获取空气压力、湿度和温度数据的传感器，工厂希望利用天气预报来控制HVAC系统的外部空气量，知道湿度何时变化，更快地打开和关闭通风口，避免温度和湿度影响电池。
2013年11月，通用电气宣布进一步投资15亿美元，通过将其连接到企业软件和更广泛的互联网，调整机器的性能并赢得更大的效益。公司经济学家认为这一创新可以在一年之内帮助公司将劳动生产率提高1.5%。这一大手笔的研发使通用电气排在2013年“全球50大最聪明公司”榜单的第17位。
到2016年，在当年“全球50大最聪明公司”榜单第33位、市值6490亿美元、2015年总收入800亿美元的德国公司博世眼中，未来的工业互联网始于制造设备的互联与自动化，是在全球竞争加剧、国内薪资上涨的情况下，提高生产效率的必要手段。
自2012年起，博世工厂主要装配线的生产效率增加了20%。博世公司预测，到2020年，诸如互联生产线、可预测维修、自管控机器人这类技术将相互融合，会产生11.2亿美元（10亿欧元）的额外销售额，也可以节约相同的运营成本。
到2016年年底，博世11家工厂内的6000台机器每秒钟产生的数据都会被收集，每台机器的每日运作将会在一个20页自动生成的报告中进行总结和分析。博世在全球拥有250家工厂，公司计划将这个技术引入到全部工厂中。
2017年，市值2374亿美元的通用电气再次上榜，排在当年“全球50大最聪明公司”榜单的第40位。通用电气在工业互联网进展迅速，该公司专注于监测、分析现有产品与业务，包括飞机发动机、机车和燃气轮机。该公司预测2020年会接入互联网的喷气式发动机的数量是60000个。
给农业注入生物技术
生物技术的发展引来敏感的传统农业公司加入研发，它们期望培育出商业前景更大、更稳定的作物来供应人口膨胀的全球市场。
巨头孟山都公司继续主导转基因作物的开发和销售。其2013年的研发支出达到15.3亿美元，并排在2014年“全球50大最聪明公司”榜单的第33位。
转基因作物是一个敏感话题。一部分人认为，需要转基因生物来应对日益增长的人口和日益变化的气候，遗传修饰可能是植物育种中的重要工具。传统作物育种太慢，不能及时适应气候变化，提高产量。另一部分人认为，育种实现了改善耐旱性、提高氮肥效率以及增加产量的重大挑战，基因工程在这些领域几乎没有贡献。现在有一种转基因玉米，只能容忍中等程度的干旱，这将使美国的总体生产力提高约1%。相比之下，过去30年来，育种和农学可以让玉米的耐旱性每年提高约1%。
值得注意的是，目前对转基因作物安全性没有达到真正的共识。虽然许多作物可能会具有优势，但有些作物可能存在潜在问题。转基因作物还有其他重大的未解决的挑战，包括基因专利使得种子业在经济上高度集中。技术的主要用途也似乎鼓励了农业实行工业化单一作物种植，导致一系列后续问题。而且，转基因作物有可能导致抗除草剂作物出现，最终只会加剧农药的使用。
接下来的2015年和2016年，孟山都继续登榜。仅2015年一年，市值440亿美元的孟山都就投入了15亿美元用于生物技术、基因工程技术等项目的研发。2016年，孟山都另辟蹊径，利用RNA干扰来制造常规的基因变异器官（GMO）。这项技术已经可以成功改变植物叶片表面，在其表面覆盖一层特设的RNA，能成功杀死危害植物的害虫。现在，公司正在开发喷雾，能渗透植物细胞，并且在内部沉默目标基因。潜在的开发方向包括能使土豆更加可口的喷雾，以及让农作物更耐旱的喷雾。
此外，非转基因作物的研究也没有停止。排在2014年“全球50大最聪明公司”榜单第42位的以色列公司Kaiima Bio-Agritech研发出一种新型非转基因作物，提高了作物的产量。该公司融资6500万美元。排在2014年“全球50大最聪明公司”榜单第49位的Arcadia Biosciences在测试的新作物可以减少肥料和水的使用，或忍受更咸的环境。与常规品种相比，Arcadia稻米只需要50%的氮肥。
2015年，排在“全球50大最聪明公司”榜单第33位的法国公司Cellectis下属的Calyxt部门使用快速基因编辑创造新作物。以这项技术创造一种新的转基因土豆只需要1年，而且据说用这种土豆炸出的薯条更健康。排在当年榜单第44位的美国公司Intrexon在多个领域发展合成生物学。它以4100万美元收购了一家持有转基因苹果专利的公司。
3D打印跑起来了
一项新的生产技术引起了全球市场的注意。“3D打印”这个词来自20世纪90年代中期的麻省理工学院，它描述了一系列在价格、复杂性和能力方面差别很大的制造方式。这一技术打破传统，直接从计算机模型中工作，可以设计出全新形状的产品，代表了智能制造和新材料的结合。
2013年，在大众消费市场，500～2000美元的廉价3D打印机的数量正在快速增长。Make杂志于“2013年冬季”刊出了15种不同的型号，价格约为500美元。MakerBot公司在纽约曼哈顿开设了一家零售店，出售2199美元的3D打印机。市场在关注使用3D打印的消费者会不会就此停止购物并开始自产自销，进而引发社会经济结构剧变的又一次工业革命。
然而，大多数消费级型号使用的是称为“熔融沉积建模”的相对简单的过程，该方法于20世纪80年代后期发明并获得专利。其原理类似在热胶枪中，一定长度的特殊塑料熔化并通过喷嘴碰出。当齿轮在平台上向各个方向引导喷嘴，喷出的塑料被沉积成层并硬化，形成三维物体。消费级3D打印机最大的缺点是很难使用，绝大多数用户都没有耐心制作精确校准的部件。其生产的物品粗糙、小且种类极有限；此外，热塑性材料无法给人坚固而有品质的商品体验。
因此，普通消费者更愿意将自己的设计交给专门的3D打印服务商。规模化生产的服务商可以购置高端3D打印机。工业3D打印机的成本在75000美元以上，使用的材料也很多样，从钢到陶瓷都有。这样，消费者不介入生产，又能得到更多选择、较高品质的产品。纽约最大的一个打印中心由Shapeways的公司开设，运营目标是每年在高端打印机上印刷300万～500万件物品，材料包括陶瓷和白银。
2013年，制造和设计公司已经发现高端3D打印机的强大用途是快速生产原型，并根据需要制造定制零件。这催生了当年“10大全球突破性技术”之一——增材制造（通过逐一添加超薄材料层来构建物体）。增材制造是3D打印的工业版本，被用于一些小众项目，如医疗植入物，为工程师和设计人员生产塑料原型。
世界上最大的喷气发动机供应商通用电气的航空部门正用3D打印为新飞机发动机生产燃料喷嘴，而不是铸造和焊接金属。这种技术可以改变通用电气设计和制造从燃气轮机到超声波机器的各种复杂部件。
批量生产数以千计的喷气发动机中使用的关键金属合金部件的决定，是3D打印技术的一个重要里程碑。通用电气与法国斯奈克玛公司合资的CFM International将在其LEAP喷气发动机中使用3D打印喷嘴。每个引擎将使用10～20个喷嘴,通用电气需要在3年内每年制造2.5万个喷嘴。
3D打印减少了通用电气用于喷嘴的制造材料，降低了生产成本。传统技术需要将大约20个小块焊接在一起，其中高比例的材料最终被报废。而3D打印只需要一台计算机控制的激光器将精确的光束射到床上，在所需的区域熔化金属合金，逐层堆积20微米厚的层。同时，3D打印机器可以全天候运行，生产效率更高。另外，因为这样制造的零件更轻，通用电气的客户——航空公司还可以节省燃料成本。
通用电气旗下的其他成员公司也在密切关注3D打印技术的延展可能。生产大型燃气轮机和风力发电机组的GE Power＆Water确定了用它来制造机器部件。通用电气医疗集团用它来打印用于超声波机器的昂贵的陶瓷探头。通用电气航空则寻求在3D打印中使用钛、铝和镍铬合金。一个零件可以由多种合金制成，让设计师以一种铸造不可能的方式调整其材料特性。例如，用于发动机或涡轮机的叶片可以由不同的材料制成，从而一端优化了强度，另一端优化了耐热性。
2015年，排在当年“全球50大最聪明公司”榜单第42位的上市公司3D Systems意欲主导3D打印的商业化。它研发了超高速生产线，希望让3D打印的速度提高50倍。而排在当年榜单第17位的创业公司Voxel8自称创造了世界上第一个3D电子打印机。这家公司正在商业化导电油墨这样有光明前景的新材料，其油墨能提高导电率5000倍。
Voxel8三位源自哈佛大学的联合创始人借鉴哈佛大学生物启发工程教授詹尼弗·刘易斯（Jennifer Lewis）在过去10年中开发的大量新颖材料和策略来设计新材料。詹尼弗·刘易斯的主要创新之一是如何设计在压力下流动的材料（如打印头喷嘴），但在压力消除后立即凝固。这是通过工程微观粒子自发形成网络来保持材料的位置。这些颗粒可以由各种材料制成：能够承受高温的坚固的结构材料，以及用于电阻器、电容器、电池、电动机和电磁体的环氧树脂、陶瓷和材料等。
导电油墨只是Voxel8计划用于改造3D打印的许多新材料之一。新型油墨不仅在室温下具有高导电性和可印刷性，它也停留在放置的地方。Voxel8使用墨水连接传统组件（如计算机芯片和电机），并制造一些电子组件，如天线。该公司通过逐层印刷其塑料体制造四轴飞行器，周期性地切换到通过连续塑料层嵌入的导电线的印刷。在需要的时候还可以停下来，手动添加一个组件，如LED，然后再次启动打印机。
Voxel8的商业计划从销售导电墨水和台式3D打印机开始，长期目标是创造能够同时打印大量专业材料的工业制造设备，从而使新型设备成为可能，并通过与客户合作发现只能通过3D打印生产的新产品。
2016年，已融资1.41亿美元的3D打印公司Carbon排在当年“全球50大最聪明公司”榜单的第32位。Carbon公司基于立体光刻，开发出了一项全新的技术，比传统3D打印快100倍。立体光刻（Stereolithography）是早期3D打印技术的一种，但一直受到光敏材料的耐用性和可塑性的限制。而且，逐层打印出来的工件强度很弱。立体光刻适合用来制作原型，但不适用于生产最终零件。此外，立体光刻的速度奇慢无比，制造大型工件需要数小时甚至是数日才能完工。
Carbon 公司的创始人兼首席执行官、有着二十余年经验的高分子化学家Joseph DeSimone于2013年离开北卡罗来纳大学，和自己实验室的前雇员亚历克斯·叶尔莫什金（Alex Ermoshkin）一起创立了Carbon 3D。他们受到电影《终结者2：审判日》中人形机器人 T-1000 从一滩液态金属中冉冉升起的画面的启发，设想了一套新系统：由特定光线组成的图案投射在浆池中，就像影院的放映机将影片投射在大荧幕上那样，打印机的机械臂缓慢提升，材料被光线扫描到的区域会固化，整个过程将会是连续的。2016年3月，该公司在《科学》上发表了一篇论文，描述了其技术。
虽然面临来自其他公司的竞争（如惠普的新技术可以用来打印不同等级的材料），但Carbon背后有强大的投资者，如谷歌投资基金、红杉资本等，董事会成员则包括福特前首席执行官和杜邦前首席执行官。
Carbon的3D打印机每年的使用成本约为4万美元，可以被用在飞机或汽车零部件上，制造比现在使用的更强大、更轻的部件，降低燃油消耗。DeSimone还希望进一步拓宽应用范围，比如快速打印定制化鞋底，生成与患者动脉匹配的支架。
2017年，3D打印正在改变生产方式，与拥有最终消费者的公司合作，使市场需求变得更大了。而成本可控的新材料研发也在悄悄加速这项技术的商业化。排在2017年“全球50大最聪明公司”榜单第38位、市值395亿美元的阿迪达斯则利用3D打印改变运动鞋的生产方式。3D打印被用于生产Futurecraft 4D运动鞋的格子状中底。另外150种用于打印中底的迭代弹性体正处于测试阶段。
阿迪达斯的3D打印的合作伙伴是创立4年、2017年再次上榜、排在第18位的Carbon。到2018年年底，10万双阿迪达斯运动鞋将使用Carbon技术打印出来，2021年将实现百万双产量（包括量身定制的型号）。不断增长的其他客户则用Carbon技术来打印电动摩托车、服务器群组或者冷却系统的零件，所有这些产品都难以用其他方法制造。
融到通用电气风险投资（GE Ventues）和谷歌风险投资（Google Ventures）高达2.22亿美元的资金，Carbon 打印技术更快了。该公司表示，其技术在某些情况下比其他3D打印机快几千倍，并且能使用更多样的材料，包括橡胶状弹性体和耐用的硬质塑料。大约每隔六周，Carbon 会根据实际情况发布软件更新，该创意受到了特斯拉的启发，而公司工程副总裁正是曾经受雇于特斯拉的克雷格·卡森（Craig Carlson）。
此外，Carbon 公司还在研发基于机器学习的人工智能软件，以便针对任意产品都能生成最佳的打印设计和参数。
排在2017年“全球50大最聪明公司”榜单第19位的Desktop Metal（美国桌面金属公司）同样得到了来自通用电气风险投资和谷歌风险投资与其他风投机构近 1 亿美元的投资，这家创业公司尝试使用针对塑料的 3D 打印技术重塑金属部件的制造方式，而这类部件对多数制造业而言都非常重要。这项打印技术的简便性和成本是一项很大的挑战。
为了提升金属 3D 打印的速度，Desktop Metal使用了一种可追溯到 20 世纪 80年代后期的技术。恩曼努尔·萨克斯教授早在 1989年就提交了一份有关 3D 打印技术的专利申请。在这份专利文件中，描述了如何铺上薄薄一层金属粉末，然后使用喷墨印刷工艺来沉积这些金属。在此过程中，需要有选择性地将金属粉末结合在一起。这一过程重复数百上千次之后，理论上可以打造几何上几乎无限复杂的金属部件。但这只停留在设想阶段。
Desktop Metal的几项重大创新终于使得恩曼努尔·萨克斯教授 30年以前的原创发明能够用于实际的批量生产，其中就包括开发沉积黏合剂的超高速印刷喷墨技术——用于工业生产的“工业版”打印机能够在几秒钟的时间内，沉积并且打印 1500 层金属粉末，每一层厚度仅为50微米。用Desktop Metal技术打印一个500立方英尺（约14 立方米）的零件只需不到一小时。相比同样用于制作金属零件的激光3D打印技术，这项技术的加工速度提升了将近100 倍。
Desktop Metal已经提出了产品的定价，说明这项技术的商业化进展还是很有希望的。Desktop Metal的第一批产品包括打印机和烧结炉，预售价为 12万美元。完整制造系统的预售价则是42万美元，并将于2018年开始发货，此外还可以提供租用。
Desktop Metal的真正竞争对手不是平价3D打印公司，而是已有的金属加工技术，这其中包括自动化加工技术以及涨势迅猛的金属注射成型技术。自动化加工技术已被用于制作iPhone的超薄铝背壳，而金属注射成型则日益成为大规模生产金属产品的常用手段。
当然，这一竞争的胜者将获得“巨额奖金”：制造金属零部件是一个价值数万亿美元的行业。即使 3D 打印只赢得了其中一小部分，那也相当于一个价值数十亿美元的“金矿”。
展望
电池技术创新的难度与其一旦突破而产生的社会经济效益成正比。获得比尔·盖茨A轮投资的Ambri预计两年后可以量产其液态金属电池。在2018年EMTech峰会上，Ambri公司创始人Donald Sadoway透露了产品的具体信息：体积为18立方米；储电量1000千瓦时，功率为350千瓦；支持1000伏直流电；最后，也是最重要的，每千克储能67千瓦，比锂电池便宜。
对于包括储能解决方案在内的新能源商而言，中国能源市场还有巨大的空间与想象力。如EMTech峰会上国家能源委员会专家咨询委员会委员、国家应对气候变化战略研究和国际合作中心前主任李俊峰所介绍的，2017年中国的发电量已经超过了7万亿千瓦时，大概是美国的1.6倍，而其中核电发电量为2500亿千瓦时，大概占总发电量的3.5%；太阳能发电量为1200 亿千瓦时，占总发电量的1.5%～ 2%；风力发电量占6%左右。这三个加起来刚刚超过10%。目前全球的核电发电量大约在25000 亿千瓦时，如果都用到中国来，也只能解决中国用电量的三分之一。
* * *
[1]. “The death of diesel: has the one-time wonder fuel become the new asbestos”,卫报,2017-4.
[2]. Peter Campbell,The Financial Times,2017-9-12.
[3]. 艾德?克鲁克斯，“SolarCity进军太阳能电池板制造”，FT中文网，2014-6-18。
[4]. Robin Harding,“Toyota sells stake in Tesla as partnership dies”, The Financial Times,2017-6-4.