Posun návrhu produktů k udržitelnosti s čistou nulou

Hlavní síly se spojují, aby zajistily významný požadavek na firmy ohledně jejich udržitelnosti v příštích několika desetiletích. Vlády, podniky a lidé po celém světě se sjednocují na podporu cíle čisté nuly uhlíkových emisí do roku 2050. Návrháři produktů by měli do svých plánů budoucích produktů zahrnout udržitelnost s čistou nulou, jinak riskují, že přijdou o zakázky ve prospěch konkurentů, kteří jsou schopni na intenzivní tlaky trhu lépe reagovat.

Národní asociace výrobců („National Association of Manufacturers“, NAM) na konci roku 2022 uvedla, že 58 % dotázaných vedoucích pracovníků výrobců věří, že udržitelnost je pro budoucí konkurenceschopnost zásadní, což je podstatně více než u podobného průzkumu v roce 2019^[i]. Udržitelnost znamená v případě výrobců a producentů schopnost pokračovat v procesech a postupech v průběhu času, aniž by docházelo k vyčerpávání zdrojů, jako jsou energie, materiály a voda, na kterých jsou závislí.

Termín „čistá nula“ („net zero“) byl kodifikován v roce 2015 pod záštitou Organizace spojených národů, když 196 zemí přijalo Pařížskou dohodu, mezinárodní právně závaznou smlouvu^[ii]. Následně Mezivládní panel OSN stanovil v roce 2017 rok 2050 jako termín pro dosažení cílů čisté nuly emisí oxidu uhličitého (CO₂) a hluboké snížení jiných emisí než CO₂. Navzdory tomu, že neexistuje žádný univerzální mandát k prosazování, vlády a podniky přijímají cíl čisté nuly stále více:

• Třicet zemí, včetně USA, se zavázalo splnit cíl čisté nuly ve svých státních provozech do roku 2050 a do roku 2030 snížit emise o 65 %.
• Cíle čisté nuly si stanovila polovina z 2 000 světových společností kótovaných na burze, což představuje 66 % ročních příjmů této kategorie 2 000 největších firem^[iii].
• 45 % společností dotázaných asociací NAM uvedlo, že jejich společnosti si stanovily formální cíle čisté nuly a 30 % jich plánuje dosáhnout tohoto cíle do roku 2030^[iv].

Obchodní důsledky čisté nuly

Obchodní následky udržitelnosti s čistou nulou jsou obrovské.

Americké agentury obrany utratily v roce 2022 za produkty odhadem 210 miliard dolarů a civilní agentury 49 miliard dolarů^[v]. Evropská komise v návrhu ekosystému výroby produktů s technologií s čistou nulou předpokládá, že globální trh s masově vyráběnými technologiemi s čistou nulou bude do roku 2030 činit 600 miliard eur ročně^[vi].

Očekává se, že výrobci budou mimo jiné vyrábět zboží pro elektromobily a infrastrukturu, modernizované elektrické sítě, řídicí jednotky budov a tepelná čerpadla. Investice do technologie zachycování uhlíku navíc podnítí potřebu nových konstrukcí produktů a řešení pro modernizaci stávajících výrobních závodů.

Posun k čisté nule si vyžádá masivní přerozdělení kapitálu, což do roku 2050 pravděpodobně přinese až stovky bilionů amerických dolarů a jejich ekvivalentů. To bude vyžadovat masivní transformaci v tom, jak subjekty ve výrobním sektoru podnikají – od způsobu napájení závodů a nástrojů až po zavádění lehčích a pevnějších materiálů.

Ovlivní to celé výrobní dodavatelské řetězce. Výrobci, kteří měří svůj pokrok na cestě k čisté nule, budou muset vypočítat svou celkovou uhlíkovou stopu, včetně pokroku svých dodavatelů při směřování k čisté nule. Společnosti, které chtějí profitovat z obchodních příležitostí nezahrnujících čistou nulu, budou muset prokázat, že k dosažení cílů čisté nuly směřují.

Společnosti budou muset vypočítat uhlíkový dopad celého životního cyklu produktu, od získávání materiálů až po nakládání s ním na konci životnosti. Návrháři se musí naučit nové dovednosti, přizpůsobit nebo nahradit stávající procesy a přepracovat provoz, aby se udržitelnost stala základním konceptem návrhu. Mezi klíčové oblasti osvědčených postupů patří:

• Přijetí postupů oběhového hospodářství, které snižují spotřebu materiálů a zpětně získávají odpadní produkty, které se použijí při výrobě nových materiálů a produktů.
• Optimalizace procesů za účelem dekarbonizace vývoje produktů, včetně minimalizace spotřeby materiálů a zdrojů během výroby produktů.
• Inovace nových konceptů návrhu a investice do nových nástrojů a technologií k dosažení energeticky účinnějších produktů a procesů.
• Podpora myšlení o čisté nule se zaměřením na otázky řízení změn, včetně povýšení zastánců udržitelnosti v organizaci, řešení obav a odporu pracovníků a rekvalifikace a přinášení nových dovedností nezbytných k dosažení cílů čisté nuly.
• Rozšíření užitečnosti mechanických systémů o digitalizované služby, které podle potřeby přinášejí nové vlastnosti a funkce.

Využití pokroku dodavatelů

Společnost Analog Devices, Inc. (ADI) je světovým lídrem v oblasti polovodičů s obratem 12 miliard USD (ve fiskálním roce 2023), který kombinuje analogové, digitální a softwarové technologie k propojení fyzického a digitálního světa. Produkty této společnosti pomáhají řídit pokroky v oblasti digitalizovaných továren, automatizace budov, mobility a digitální zdravotní péče. Společnost se zavázala dosáhnout čisté nuly do roku 2050 nebo dříve, do roku 2030 snížit emise uhlíku v rozsahu 1 a 2 o 50 % a do roku 2030 využít k jinému účelu 100 % odpadu z výrobních závodů společnosti ADI.

Cílem společnosti ADI je snížit spotřebu energie, prodloužit životnost majetku a snížit spotřebu surovin prostřednictvím energeticky účinného řízení pohybu, přesného monitorování stavu majetku s nízkou spotřebou a adaptivního inteligentního snímání, spouštění a ovládání.

Díky rozsáhlému portfoliu poskytuje společnost ADI návrhářům produktů širokou škálu součástek zaměřených na zlepšení energetické účinnosti v průmyslové automatizaci a aplikacích inteligentních budov:

Pohony s proměnnou rychlostí: Odhaduje se, že elektromotory tvoří asi 65 % průmyslové spotřeby elektřiny^[vii]. Historicky je většina těchto motorů zařízení s pevnou rotací a vybavení všech pohony s proměnnou rychlostí by mohlo snížit globální spotřebu energie až o 10 %^[viii]. Řešení pohonů s proměnnou rychlostí společnosti ADI zahrnují vysoce výkonné snímání proudu a napětí, robustní izolaci, řízení spotřeby energie s vysokou hustotou a bezproblémovou konektivitu.

Vysokonapěťové zesilovače s vysokou šířkou pásma snímání proudu, jako jsou např. modely AD8410A a AD8411A, provádějí obousměrná měření proudu přes bočníkový rezistor a poskytují zpětnou vazbu, která může zlepšit výkon pohonu a určit šířku pásma a dobu odezvy motorů, což zajišťuje, že motor pracuje se špičkovou účinností. Řízení spotřeby energie v menších skříních je klíčovým konstrukčním hlediskem. Společnost ADI nabízí integrované obvody spínacího regulátoru typu flyback, jako je např. model MAX17692, které snímají izolované výstupní napětí přímo z průběhu vlny flyback na primární straně během vedení usměrňovače na sekundární straně. Bez potřeby chybového zesilovače na sekundární straně a optočlenu mohou konstruktéři ve srovnání s tradičním měničem typu flyback ušetřit až 20 % místa na desce plošných spojů (DPS)^[ix].

Kodéry polohy: Vysoce účinné servomotory s přesným řízením polohy a točivého momentu mohou optimalizovat spotřebu energie tím, že umožňují rychlejší obrábění složitých součástek. Technologie přesného kondicionování a konverze signálu společnosti ADI přesně měří signály s malou magnitudou v hlučném průmyslovém prostředí. Nabídka společnosti ADI pomáhá při vývoji vysoce výkonných řešení kodérů polohy, která poskytují pokročilý výkon řídicí smyčky, vysokou účinnost a vysoce integrovanou technologii řízení spotřeby energie, která může snížit spotřebu energie potřebnou při procesu obrábění a zvýšit propustnost továrny.

Technologie společnosti ADI mohou dodáváním vysoce výkonných řešení kodérů polohy pomoci urychlit dobu do uvedení na trh. Společnost nabízí řešení signálového řetězce kodérů pro typy snímačů, jako jsou optické, magnetické, rezolvery a lineární proměnné diferenciální transformátory. Regulátor ADP320 s nízkým úbytkem („low dropout“, LDO) a třemi výstupy se vyznačuje nízkým klidovým proudem, nízkým úbytkovým napětím a širokým rozsahem vstupního napětí pro napájení všech součástek v signálových řetězcích optických a magnetických kodérů.

Zjednodušené blokové schéma modelu MAX32672 společnosti ADI je uvedeno na obrázku 1. Jedná se o malý, vysoce integrovaný a spolehlivý 32bitový mikrokontrolér s ultranízkou spotřebou energie, který umožňuje návrhy s komplexním zpracováním snímačů bez ohrožení životnosti baterie a může poskytnout snadnou, cenově optimální cestu od 8- nebo 16bitových mikrokontrolérů starších návrhů.

Obrázek 1: Zjednodušené blokové schéma mikrokontroléru MAX32672. (Zdroj obrázku: společnost Analog Devices, Inc.)

Konstruktéři, kteří do motorů zabudují kodéry pro podporu pokročilých výrobních možností, budou těžit ze zmenšených rozměrů kodéru.

Integrované řízení spotřeby energie: Společnost ADI nabízí vysoce integrovaná řešení řízení mikrospotřeby energie v kompaktních integrovaných obvodech, včetně nízkošumových regulátorů, jako je např. model LT3029 pro aplikace, jako jsou univerzální lineární regulátory, systémy napájené bateriemi a napájení jádra mikroprocesoru / logiky, stejně jako model LT3024, který je vhodný pro mobilní telefony, bezdrátové modemy a frekvenční syntezátory.

Spolehlivá konektivita: Společnost ADI nabízí poloduplexní a plně duplexní transceivery RS-485 pro spolehlivý přenos dat při vysokých přenosových rychlostech. Například modely ADM3066E a ADM3067E poskytují vysokorychlostní obousměrnou datovou komunikaci 50 Mb/s na vícebodových přenosových linkách sběrnice a mají vstupní impedanci zátěže 1/4 jednotky, která umožňuje až 128 transceiverů na sběrnici. Konstruktéři mohou využít několik vyhodnocovacích desek, jako je např. model EVAL-ADM3066EEBZ (obrázek 2), které pomohou posoudit a předvést schopnosti těchto transceiverů.

Obrázek 2: Vyhodnocovací deska EVAL-ADM3066EEBZ společnosti ADI má půdorys pro poloduplexní transceiver RS-485 ADM3066EBRMZ v 10vodičovém pouzdru MSOP. (Zdroj obrázku: společnost Analog Devices, Inc.)

Řídicí jednotky budov: Udržitelnost nových a stávajících budov vyžaduje technologie měření, konektivity a zpracování pro řízení topení, větrání a klimatizace a osvětlení, snímání obsazenosti a monitorování podmínek prostředí. To podpoří poptávku po inteligentních edge zařízeních, která umožní digitalizaci systémů budov.

Systémy automatizace budov obvykle obsahují více řídicích jednotek a různých uzlů, z nichž každý vyžaduje spolehlivé připojení. Model ADIN1110 je jednoportový transceiver s nízkou spotřebou energie a integrovaným rozhraním pro řízení přístupu k médiím („media access control“, MAC), který vyžaduje nižší celkovou spotřebu energie na úrovni systému a má integrované monitorování napájecího napětí a obvody pro resetování při zapnutí ke zlepšení odolnosti na úrovni systému.

Inteligentní budovy potřebují efektivní řízení výkonu na okraji. Model LTC4296-1 společnosti ADI umožňuje napájení řídicích jednotek a přepínačů 10Base-T1L jednopárovým ethernetem („Single-pair Power over Ethernet“, SPoE) s přenosem výkonu až 52 W plus data po jediné kroucené dvojlince ethernetového kabelu. Model LTC9111 je řídicí jednotka napájení SPoE vyhovující normě IEEE 802.3cg, zvláště vhodná pro systémy založené na klasifikaci v automatizaci budov a továren.

Závěr

Rostoucí požadavek udržitelnosti s čistou nulou do roku 2050 představuje obrovskou příležitost pro produkty, které podporují výrobní inovace, vybavení novými stroji a prosazování nových technologií. I když se rok 2050 může zdát daleko, údaje citované v tomto článku podtrhují, že vládní, firemní a společenské tlaky již vedou mnoho společností k tomu, aby do svých současných strategií začlenily cíle čisté nuly do roku 2050 a uhlíkové neutrality do roku 2030. Všichni dodavatelé budou nakonec pravděpodobně muset prokázat pokrok směrem k těmto cílům. Návrháři produktů, kteří proaktivně začleňují tyto cíle do svého plánování, procesů a dodávek součástek, mohou těžit z jedné z největších průmyslových transformací vůbec.

Zdroje

1. https://nam.org/sustainability-is-a-top-manufacturer-priority-survey-shows-19992/?stream=business-operations
2. https://unfccc.int/process-and-meetings/the-paris-agreement
3. https://zerotracker.net/analysis/new-analysis-half-of-worlds-largest-companies-are-committed-to-net-zero
4. https://nam.org/sustainability-is-a-top-manufacturer-priority-survey-shows-19992/?stream=business-operations
5. https://gaoinnovations.gov/Federal_Government_Contracting/
6. https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/IP_23_1665
7. https://iea.blob.core.windows.net/assets/98909c1b-aabc-4797-9926-35307b418cdb/WEO2019-free.pdf
8. https://new.abb.com/news/detail/75020/abb-urges-greater-adoption-of-high-efficiency-motors-and-drives-to-combat-climate-change-global-electricity-consumption-to-be-reduced-by-10
9. https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/max17692a-max17692b.pdf