הסטת תכנון מוצרים לקיימות נטו-אפס

כוחות גדולים מתאחדים כדי להבטיח דרישה עסקית משמעותית עבור קיימות במהלך העשורים הקרובים. סביב העולם כולו, ממשלות, עסקים ואנשים מתגייסים כדי לתמוך ביעד של נטו-אפס פליטות פחמן בשנת 2050. למתכנני מוצרים כדאי להכניס קיימות נטו-אפס לתוכניות המוצרים העתידיות שלהם או להסתכן באובדן עסקים למתחרים שיוכלו להגיב טוב יותר ללחצים החזקים בשוק.

האיגוד הלאומי של היצרנים (NAM‏) דיווח בסוף 2022 כי 58% ממנהלי היצרנים שנשאלו במסגרת סקר סבורים כי הקיימות היא חיונית לתחרותיות עתידית, גבוה משמעותית מאשר בסקר דומה שנערך בשנת 2019‏.^[i] קיימות, במקרה של היצרנים והמגדלים, מתייחסת ליכולת להמשיך בתהליכים ובפרקטיקות לאורך זמן מבלי לדלדל משאבים כגון אנרגיה, חומרים ומים שבהם הם תלויים.

המונח אפס-נטו קודם בשנת 2015 בחסות האו"ם כאשר 196 מדינות אימצו את הסכם פריז, אמנה בינלאומית מחייבת משפטית. ^[ii] לאחר מכן, בשנת 2017, פאנל בין-ממשלתי של האו"ם קבע את 2050 כיעד להשגת יעדי נטו-אפס עבור פליטת פחמן דו-חמצני (_2‏CO‏) והפחתה משמעותית של פליטות שאינן-_2‏CO‏. למרות היעדר כל מנדט אכיפה אוניברסלי, יעד נטו-אפס מאומץ יותר ויותר על ידי ממשלות ועסקים:

• שלושים מדינות, כולל ארה"ב, התחייבו לעמוד ביעד נטו-אפס עבור הפעילות הממשלתית שלהן עד 2050 ולהפחית את הפליטות ב-65% עד 2030.
• מחצית מ-2,000 החברות הבורסאיות הרשומות בעולם הציבו יעדי נטו-אפס, והן מייצגות 66% מההכנסה השנתית הכוללת של אותן 2,000 חברות.^[iii]
• %‏45 מהחברות שנשאלו על ידי NAM אמרו שהן הציבו יעדים רשמיים של נטו-אפס, ו-30% מתכננות להשיג זאת עד 2030. ^[iv]

ההשלכות המסחריות של נטו-אפס

ההשלכות העסקיות של קיימות נטו-אפס הן עצומות.

סוכנויות ההגנה האמריקאיות הוציאו 210 מיליארד דולר על מוצרים בשנת 2022, בעוד שסוכנויות אזרחיות הוציאו 49 מיליארד דולר. ^[v] הנציבות האירופית, עם הצעתה עבור אקוסיסטם של ייצור נטו-אפס של מוצרי טכנולוגיה, צופה כי השוק העולמי עבור טכנולוגיות ייצור המוני עם נטו-אפס יסתכם ב-600 מיליארד אירו בשנה עד 2030‏.^[vi]

היצרנים צפויים לייצר סחורות עבור רכבים חשמליים ותשתיות, רשתות חשמל מודרניות, בקרי מבנים ומשאבות חום, בין היתר. בנוסף, ההשקעה בטכנולוגיית לכידת פחמן תניע את הצורך בתכנים חדשים של מוצרים ופתרונות עבור שדרוג מפעלי ייצור קיימים.

המעבר לנטו-אפס ידרוש הקצאות מסיביות של הון, שכנראה יסתכם במאות טריליונים בדולרים אמריקאיים ובשווה ערך עד 2050. זה ידרוש שינוי מסיבי באופן שבו אנשי מגזר הייצור מנהלים עסקים, מהאופן שבו הם מפעילים את המפעלים והכלים שלהם ועד לאימוץ של חומרים קלים וחזקים יותר.

ההשפעה תורגש בכל שרשרות האספקה של הייצור. היצרנים שימדדו את ההתקדמות שלהם לנטו-אפס יצטרכו לחשב את טביעת הרגל הפחמנית הכוללת שלהם, כולל ההתקדמות לנטו-אפס של הספקים שלהם. החברות שרוצות להרוויח מהזדמנויות עסקיות שאינן-נטו-אפס תצטרכנה להוכיח שהן מתקדמות לקראת השגת יעדי נטו-אפס.

החברות יצטרכו לחשב את השפעת הפחמן של כל מחזור החיים של המוצר, ממקור החומרים ועד לניהול סוף-חיי-המוצרים. המתכננים חייבים ללמוד מיומנויות חדשות, להתאים או להחליף תהליכים קיימים, ולשנות את הפעולות כדי להפוך קיימות לעיקרון ליבה של התכנים שלהם. תחומי הפרקטיקות העיקריות הטובות ביותר כוללות:

• אימוץ נוהלי כלכלה מעגלית המפחיתים את השימוש בחומרים וממחזרים מוצרי פסולת לשימוש בייצור חומרים ומוצרים חדשים.
• אופטימיזציה של תהליכים להפחתת פחמן בפיתוח מוצרים, כולל מזעור צריכת חומרים והשימוש במשאבים במהלך ייצור המוצרים.
• חדשנות בתפיסות תכנים חדשות והשקעה בכלים וטכנולוגיות חדשות להשגת מוצרים ותהליכים יעילים-אנרגטית יותר.
• טיפוח חשיבה של אפס-נטו על ידי התמקדות בנושאי ניהול שינויים, לרבות קידום אלופי הקיימות בארגון, התייחסות לחששות והתנגדויות עובדים, הכשרה והבאת מיומנויות חדשות הנחוצות להשגת יעדי נטו-אפס.
• הרחבת התועלת של מערכות מכניות עם שירותים דיגיטליים המספקים תכונות ופונקציות חדשות לפי הצורך.

מינוף התקדמות הספקים

.Analog Devices, Inc‏ (ADI‏) היא מובילת עולמית במוליכים-למחצה עם מכירות של 12 מיליארד דולר (בשנת הכספים 2023), המשלבת טכנולוגיות אנלוגיות, דיגיטליות ותוכנה כדי לגשר בין עולמות פיזיים ודיגיטליים. המוצרים שלה עוזרים להניע התקדמות במפעלים דיגיטליים, אוטומציה בבניינים, ניידות וטיפולי בריאות דיגיטליים. ADI‏ מחויבת להשיג נטו-אפס עד 2050 או מוקדם יותר, לצמצם את פליטת הפחמן Scope 1‏ ו-Scope 2‏ ב-50% עד 2030, ולהסיט 100% מהפסולת ממתקני הייצור שלה עד 2030.

ADI שואפת לצמצם את צריכת האנרגיה, להאריך את חיי הנכסים ולהפחית את השימוש בחומרי גלם באמצעות בקרת תנועה חסכונית בחשמל, ניטור בריאות מדויק של נכסים בהספק נמוך וחישה, הפעלה ובקרה חכמות ואדפטיביות.

עם פורטפוליו מוצרים נרחב, ADI מספקת למתכנני מוצרים מגוון רחב של רכיבים שמטרתם לשפר את נצילות האנרגיה באוטומציה תעשייתית ויישומי בניינים חכמים:

דוחפים במהירות משתנה: ההערכה היא שמנועים חשמליים מהווים כ-65% מצריכת החשמל התעשייתית.^[vii] מבחינה היסטורית, רוב המנועים הללו הם התקנים עם מהירות סיבוב קבועה, והצטיידות כולם עם דוחפים במהירות משתנה עשויה להפחית את צריכת האנרגיה העולמית בעד 10%. ^[viii] פתרונות דוחפים במהירות משתנה של ADI משלבים חישת זרם ומתח בעלי ביצועים גבוהים, בידוד חסון, ניהול הספקת-כוח בצפיפות גבוהה וחיבוריות חלקה.

מגברי חישת זרם במתח גבוה עם רוחב-פס רחב, כגון ה-AD8410A‏ ו-AD8411A‏, מבצעים מדידות זרם דו-כיווניות על פני נגד מצד (Shunt‏) כדי לספק משוב שיכול לשפר את ביצועי הדוחף ולקבוע את רוחב-הפס וזמן התגובה של המנועים כדי להבטיח שהמנוע פועל בנצילות שיא. ניהול הספקת-כוח במארזים קטנים יותר הוא שיקול תכן עיקרי. ADI מציעה מעגלים משולבים של מייצבים ממותגים Flyback‏ כמו ה-MAX17692‏ החשים את מתח היציאה המבודד ישירות מצורת-גל ה-Flyback‏ של הצד-הראשוני במהלך הולכת מיישר צד-שניוני. ללא צורך במגבר שגיאה צד-שניוני ומבודד אופטי, המתכננים יכולים לחסוך עד 20% משטח לוח המעגלים המודפסים (PCB) בהשוואה לממיר Flyback מסורתי.^[ix]

אנקודרי מיקום: מנועים נדחפי-סרוו עם נצילות גבוהה ובקרת מיקום ומומנט מדויקים יכולים למטב את צריכת האנרגיה על ידי הפעלת עיבוד מהיר יותר של רכיבים מורכבים. טכנולוגיות אכשור אותות והמרה מדויקים של ADI‏ מודדות במדויק אותות עם גודל קטן בסביבות תעשייתיות רועשות. ההיצע של ADI מסייע בפיתוח פתרונות אנקודרי מיקום בעלי ביצועים גבוהים המספקים ביצועי חוגי בקרה מתקדמים, נצילות גבוהה וטכנולוגיית ניהול הספק משולבת ביותר היכולה להפחית את צריכת האנרגיה הנדרשת בתהליך העיבוד השבביולהגדיל את תפוקת המפעל.

טכנולוגיות ADI יכולות לסייע להאיץ את זמן היציאה לשוק באספקת פתרונות אנקודרי מיקום בעלי ביצועים גבוהים. החברה מציעה פתרונות שרשרת אותות אנקודרים עבור סוגי חיישנים כגון אופטיים, מגנטיים, רזולוברים ושנאים דיפרנציאליים משתנים ליניארית. מייצב עם מפל מתח נמוך (LDO‏) עם שלוש יציאות ADP320‏ הוא בעל זרם רגיעה נמוך, מפל מתח נמוך ותחום מתחי כניסה רחב עבור הזנת כל הרכיבים בשרשרות אותות אנקודרים אופטיים ומגנטיים.

דיאגרמת בלוקים מפושטת של ה-MAX32672‏ של ADI‏ מוצגת באיור 1‏. זהו מיקרו-בקר זעיר Bit‏-32‏, בהספק אולטרה-נמוך, משולב ביותר ואמין, המאפשר תכנים עם עיבוד חיישנים מורכב מבלי להתפשר על חיי הסוללה, ויכול לספק נתיב קל עם מחיר אופטימלי ממיקרו-בקרים של Bit‏-8‏ או Bit‏-16‏ של תכנים מדורות קודמים.

איור 1: דיאגרמת בלוקים מפושטת של המיקרו-בקר MAX32672. (מקור התמונה: .Analog Devices, Inc‏)

מתכננים המשלבים אנקודרים על מנועים כדי לתמוך ביכולות ייצור מתקדמות ייהנו מאנקודרים עם גורמי צורה קטנים יותר.

ניהול הספקת-כוח משולבת: ADI מספקת פתרונות ניהול מיקרו-הספקת-כוח משולבים ביותר ב-ICs עם חתימת-שטח קומפקטית, כולל מייצבי רעש נמוך כגון LT3029‏, עבור יישומים כגון מייצבים לינאריים לשימוש כללי, מערכות מוזנות-סוללות והספקת-כוח ליבה/לוגיקה למיקרו-מעבדים, כמו גם LT3024‏, המתאים לטלפונים סלולריים, מודמים לאלחוט וסינתיסייזרי תדרים.

חיבוריות מהימנה: ADI מציעה מקמ"שי RS-485 חצי-דופלקס או דופלקס-מלא עבור העברת נתונים אמינה בקצבי נתונים גבוהים. ה-ADM3066E‏ ו-ADM3067E‏, לדוגמה, מספקים תקשורת נתונים דו-כיוונית במהירות גבוהה של Mbps‏ 50‏ על קווי תמסורת אפיק רבי-נקודות עם אימפדנס כניסת עומס של 1/4 יחידה המאפשרים עד 128 מקמ"שים על האפיק. המתכננים יכולים לנצל מספר לוחות הערכה, כמו ה-EVAL-ADM3066EEBZ‏ (איור 2), כדי לסייע להעריך ולהדגים את היכולות של מקמ"שים אלו.

איור 2: ללוח ההערכה EVAL-ADM3066EEBZ של ADI יש חתימת-שטח עבור מקמ"ש RS-485‏ חצי דופלקס ADM3066EBRMZ‏ במארז MSOP‏ עם 10 מוליכים. (מקור התמונה: .Analog Devices, Inc‏)

בקרי בניינים: הפיכת בניינים חדשים וקיימים ליותר ברי-קיימא דורשת מדידות, חיבוריות וטכנולוגיות עיבוד כדי לבקר את ה-HVAC והתאורה, למדוד את התפוסה ולנטר את תנאי הסביבה. זה יניע את הביקוש עבור התקני קצה חכמים כדי לאפשר דיגיטליזציה של מערכות הבניין.

מערכות אוטומציה בבניינים משלבות בדרך כלל בקרים רבים וצמתים שונים, שכל אחד מהם דורש חיבוריות אמינה. ה-ADIN1110 הוא מקמ"ש בהספק נמוך עם נקודות-חיבור יחידות ועם ממשק בקרת גישה לתווך (MAC) הדורש צריכת הספקת-כוח כוללת ברמת-המערכת נמוכה יותר, וניטור הספקת מתח משולב ומעגלי איפוס בהפעלה כדי לשפר את החוסן ברמת-המערכת.

בניינים חכמים זקוקים לניהול יעיל של הספקת-הכוח בקצה. ה-LTC4296-1‏ של ADI מאפשר הספקת-כוח Power over Ethernet‏ Single-pair‏ (SPoE‏) עבור בקרים ומתגים 10BASE-T1L‏, עם שידור של עד W‏ 52‏ הספק ובנוסף נתונים על-גבי כבל Ethernet‏ זוג-מפותל יחיד. ה-LTC9111‏ הוא בקר התקן הספק SPoE תואם-IEEE 802.3cg המתאים במיוחד עבור מערכות מבוססות-סיווג באוטומציה של בניינים ומפעלים.

סיכום

הדרישה ההולכת וגוברת לקיימות נטו-אפס עד שנת 2050 מייצגת הזדמנות עצומה עבור מוצרים התומכים בחדשנות בייצור, עיבוד וקידום טכנולוגיות חדשות. בעוד ששנת 2050 עשויה להיראות רחוקה, הנתונים שצוטטו במאמר זה מדגישים שהלחצים הממשלתיים, העסקיים והחברתיים כבר גורמים לחברות רבות להציב את היעדים של נטו-אפס ב-2050 ונייטרלי-מבחינת-פחמן ב-2030 באסטרטגיות הנוכחיות שלהן. סביר להניח שבסופו של דבר יצטרכו כל היצרנים להציג התקדמות לקראת יעדים אלו. מתכנני מוצרים המשלבים את היעדים הללו באופן אקטיבי בתכנון, בתהליכים ובאספקת הרכיבים שלהם עומדים להנות מאחת הטרנספורמציות התעשייתיות הגדולות ביותר אי פעם.

משאבים

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