Projektowanie Dla Gospodarki O Obiegu zamkniętym

Co zrobić z tosterem, gdy już go nie potrzebujesz? Do niedawna nikt nie zastanawiał się nad tym pytaniem, dopóki toster nie trafił na śmietnik. Dziś zwolennicy gospodarki o obiegu zamkniętym sugerują, że najlepszy moment na zajęcie się kwestią końca cyklu życia produktu to okres jego projektowania. To właśnie wtedy ma on największy potencjał w zakresie gospodarki o obiegu zamkniętym. Gdyby projektanci Twojego tostera pomyśleli o nim nie jako o urządzeniu jednorazowego użytku, ale jako o produkcie o wartości, którą warto zachować, Twoje możliwości byłyby znacznie szersze.

Właśnie tym zajęli się projektanci z londyńskiej agencji projektowej Agency of Design (AoD). W ramach projektu, który „przyjrzał się końcowi cyklu życia produktów elektrycznych i zaprojektował alternatywne sposoby na maksymalne wykorzystanie materiału, który ucieleśniają”, zespół projektowy AoD podjął się wyzwania przeprojektowania skromnego tostera. Opracowali trzy różne podejścia, z których każde, jak twierdzi firma, „odzwierciedla inną strategię projektowania gospodarki o obiegu zamkniętym od samego początku”.

Projektowanie dla długowieczności

AoD rozpoczęło działalność od walki z planowanym postarzaniem, które przez tak długi czas dominowało w projektowaniu produktów. Wiedząc, że aluminium nadaje się do recyklingu „bez utraty swoich właściwości materiałowych” i że materiał ten prawdopodobnie pozostanie cenny dla firm recyklingowych w dającej się przewidzieć przyszłości, zespół projektowy pracował nad wykonaniem każdej części pierwszego tostera, znanego jako Optimist, z aluminium, „zaczynając od aluminium w 100% pochodzącego z recyklingu i wiedząc, że po zakończeniu cyklu życia może być ono w nieskończoność poddawane recyklingowi i przetwarzane na inne produkty”.

Aby maksymalnie wydłużyć żywotność produktu, projektanci AoD poszukiwali konstrukcji „na tyle prostej, żeby nic nie mogło się zepsuć”. Ostatecznie Optimist miał bardzo mało ruchomych części i elementy grzewcze — najkrócej działające elementy w tosterze — które można było łatwo wyjąć i wymienić.

Zespół projektowy wziął również pod uwagę postrzeganą wartość tostera dla właścicieli, którzy ceniliby jego długowieczność. Toster otrzymał „szorstką fakturę powierzchni, pozwalającą mu z gracją się starzeć”, a data jego narodzin została wytłoczona w aluminium, aby właściciele mogli cieszyć się jego użytkowaniem rok po roku. W modelu Optimist znalazł się nawet prosty licznik tostów, aby „przekazując toster kolejnym pokoleniom, Twoje dzieci wiedziały, że upiekłeś 55 613 tostów!”.

Największym wyzwaniem w tworzeniu tak trwałego produktu jest stworzenie praktycznego planu biznesowego. Odkąd termin „planowana przestarzałość” pojawił się w okresie Wielkiego Kryzysu, Stany Zjednoczone i większość światowych gospodarek opierały się na utylizacji i wymianie produktów o określonej żywotności. Jak zauważa Giles Slade w książce „Made to Break ”, planowana przestarzałość stała się „kamieniem probierczym amerykańskiej świadomości”.

Branża oświetleniowa zmaga się z tym pytaniem od czasu wprowadzenia na rynek mieszkaniowy w 2008 roku trwałej żarówki LED. Według J.B. MacKinnona w artykule w „New Yorkerze ” pt. „The LED Quandary: Why There's No Such Thing as 'Built to Last'”, odpowiedzi na to pytanie jak dotąd nie są zbyt inspirujące. Niektóre firmy wracają do metody planowanego postarzania, produkując coraz tańsze żarówki o coraz krótszej żywotności, podczas gdy inne wycofują się z branży oświetlenia mieszkaniowego. Na przykład w październiku 2015 roku MacKinnon zauważa, że ​​General Electric „rozbił GE Lighting, pozostawiając po sobie szczątkową firmę – w zasadzie dział żarówek – którą łatwo byłoby sprzedać”.

Chociaż nadal istnieją pewne rynki zbytu dla oświetlenia z wbudowaną przestarzałością – zwłaszcza sektor motoryzacyjny – branża aktywnie poszukuje innych sposobów, aby długowieczność się opłacała. Na przykład w firmie Phillips trwa już przejście od sprzedaży oświetlenia jako produktu do sprzedaży oświetlenia jako usługi. To rosnący trend, jak wynika z najnowszego raportu firmy Navigant Consulting „Zarządzanie systemami oświetleniowymi w budynkach komercyjnych przez podmioty trzecie: globalna analiza i prognozy rynkowe”.

Firmy dążą również do wdrażania inteligentnych technologii, które wyróżniają ich produkty LED na tle innych i oferują możliwości ciągłych aktualizacji. Na przykład, w sektorze komercyjnym, GE opracowuje latarnie uliczne, które powiadamiają władze o każdym wykryciu strzałów przez wbudowany czujnik w okolicy. Jeśli chodzi o rynek mieszkaniowy, MacKinnon cytuje Philipa Smallwooda, dyrektora ds. badań nad diodami LED i oświetleniem w firmie Strategies Unlimited z siedzibą w Dolinie Krzemowej: „Oświetlenie to idealne medium do instalacji innych produktów łączności, które wypełnią dom, ponieważ światło jest wykorzystywane wszędzie”.

Regulacje mogą również utorować drogę modelom biznesowym opartym na produktach o długim okresie użytkowania. Tim Cooper, profesor projektowania na Uniwersytecie Nottingham Trent i redaktor książki „Longer-Lasting Products” , dostrzega potencjalne rozwiązania w regulacjach rządowych, które karzą za przestarzałość lub nagradzają długowieczność. Jednak, jak zauważa Cooper, regulacje podążają za kulturą, a kultura jednorazowości jest znana z powolnej zmiany.

Projekt modułowy: wymiana części, a nie produktów

Innym sposobem na wydłużenie żywotności produktu jest zastosowanie podejścia modułowego, które pozwala właścicielom na wymianę części bez konieczności wymiany całego urządzenia. To była druga strategia, którą AoD zastosowało, aby przeprojektować toster. Model Pragmatist został zaprojektowany z modułowymi gniazdami do opiekania, które można było łączyć ze sobą, tworząc toster o dowolnym rozmiarze, jakiego klient sobie życzył. Modułowa konstrukcja umożliwiała również odpięcie uszkodzonego gniazda, co pozwalało na jego wymianę bez przerywania możliwości opiekania. AoD zaprojektowało te moduły tak, aby były „wystarczająco cienkie, aby zmieściły się w skrzynce na listy, co maksymalnie uprościło proces zwrotu dla konsumenta”.

Fundacja Ellen MacArthur wskazuje na kolejny przykład konstrukcji modułowej, w której wydajność ma znacznie większe znaczenie. Zauważywszy, że karetki pogotowia były sprzedawane na aukcjach już po kilku latach, DLL, globalny dostawca rozwiązań finansowych opartych na aktywach, zbadał sprawę i odkrył, że to wysokie koszty utrzymania elementów podwozia, takich jak silnik i skrzynia biegów, skłoniły właścicieli do zwrotu pojazdów.

Najcenniejsza część karetki, duży pojemnik, w którym mieścił się cały sprzęt medyczny i w którym przewożono pacjenta, była generalnie w dobrym stanie. Firma DLL obniżyła koszty dla klientów o 20% i podwoiła okres użytkowania pojazdów, projektując moduł opieki nad pacjentem, który można było łatwo zdemontować i ponownie zamontować na nowym podwoziu.

Projekt do demontażu

Modułowa konstrukcja pozwala na samodzielny demontaż, ale jest mało przydatna dla firm, które chcą wydobyć wartość z produktów w dużych ilościach. W przypadku trzeciego projektu tostera, projektanci AoD postawili sobie za cel stworzenie niedrogiego tostera, który można by szybko i łatwo zdemontować bez niszczenia części składowych ani mieszania ich materiałów. Rozwiązaniem okazał się toster składany za pomocą zatrzaskowych połączeń, w których znajdowały się małe granulki. Umieszczone w komorze próżniowej („tanie urządzenie inwestycyjne”, jak twierdzi AoD), granulki rozszerzają się, otwierają wszystkie połączenia i pozostawiają zdemontowany produkt.

Strategia AoD jest podobna do koncepcji znanej jako Active Disassembly using Smart Materials (ADSM), opracowanej przez Josepha Chiodo z Active Disassembly Research. Wykorzystując „materiały pamięciowe”, które zachowują kształt do momentu osiągnięcia temperatury wyzwalającej (wyższej lub niższej niż normalnie), Chiodo stworzył śruby i inne rodzaje złączy.

Po podgrzaniu lub schłodzeniu produktu do temperatury wyzwalającej, wszystkie śruby tracą gwinty, a produkt rozpada się bez uszkodzenia podzespołów. Temperatura nie jest jedynym czynnikiem wywołującym zmianę temperatury. Podobnie jak w przypadku tostera, zmiana ciśnienia może zadziałać, a demontaż może zostać zainicjowany przez „mikrofale, podczerwień, dźwięk, sterowanie komputerowe i robotyczne, prąd elektryczny lub pola magnetyczne”, jak podaje strona internetowa Active Disassembly.

Tworzywa sztuczne dla gospodarki o obiegu zamkniętym

Tworzywa sztuczne stanowią jedno z największych wyzwań dla gospodarki o obiegu zamkniętym. Są wszechobecne, wytwarzane z ropy naftowej, a ich rozkład trwa setki lat. Według raportu Światowego Forum Ekonomicznego z 2016 roku pt. „Nowa gospodarka tworzywami sztucznymi: Przemyślenie przyszłości tworzyw sztucznych” opakowania z tworzyw sztucznych budzą szczególne obawy. „Po krótkim cyklu pierwszego użycia 95% wartości materiałów opakowaniowych z tworzyw sztucznych, czyli 80–120 miliardów dolarów rocznie, jest tracone dla gospodarki. Aż 32% opakowań z tworzyw sztucznych wymyka się systemom zbiórki, generując znaczne koszty ekonomiczne”. W rzeczywistości, jak czytamy w raporcie, „koszt takich zewnętrznych kosztów poużytkowych w przypadku opakowań z tworzyw sztucznych, plus koszt związany z emisją gazów cieplarnianych związaną z ich produkcją, jest ostrożnie szacowany na 40 miliardów dolarów rocznie – przekraczając całkowite zyski branży opakowań z tworzyw sztucznych”.

Jednym z powodów, dla których wskaźniki recyklingu plastiku są tak niskie, jest częste łączenie dwóch lub więcej niekompatybilnych ze sobą rodzajów materiałów w celu uzyskania właściwości wymaganych dla konkretnych opakowań. Według Jeffa Woostera, globalnego dyrektora ds. zrównoważonego rozwoju w Dow, plastikowe torebki używane do pakowania wszystkiego, od mrożonek po kapsułki do prania, stanowią dobry przykład.

Tradycyjnie są one wykonane z politereftalanu etylenu (PET), laminowanego folią polietylenową. Zastosowanie tych dwóch różnych tworzyw sztucznych nadaje torebkom zarówno „ładny połysk, jak i sztywność, która pozwala im stać na półce” – mówi Wooster – oraz „możliwość pracy z dużą prędkością na maszynach pakujących”. Uniemożliwia to również recykling torebek.

Aby rozwiązać ten problem, naukowcy z Dow opracowali nową konstrukcję opakowania, która spełnia wszystkie wymagania projektowe produktu, ale jest wykonana nie z PET, lecz z dwóch rodzajów polietylenu. „Łącząc różne rodzaje polietylenu, które są ze sobą kompatybilne” – wyjaśnia Wooster – Dow stworzył stojącą torebkę, którą można poddać recyklingowi w pojemnikach na śmieci w supermarketach razem z plastikowymi torbami na zakupy. Jednym z pierwszych zastosowań tego innowacyjnego materiału było opakowanie kapsułek do zmywarki Seventh Generation. Głównymi zastosowaniami przetworzonego polietylenu są nowe torby na zakupy, które zachowują znaczną część pierwotnej wartości produktu, oraz kompozyt drewna i plastiku, który skutecznie przywraca plastikowi dobre właściwości przez co najmniej 50 lat.

Torebka stojąca to nie jedyny wkład Dow w gospodarkę o obiegu zamkniętym. Kolejną innowacją ogłoszoną jesienią 2016 roku jest produkt wykonany z kopolimerów blokowych olefin na bazie polipropylenu. W przeszłości recykling odpadów pokonsumenckich, w tym polipropylenu i polietylenu, był trudny. Innowacja Dow umożliwia połączenie tych dwóch powszechnie stosowanych żywic w szereg produktów – w tym sztywnych pojemników i beczek, pojemników domowych, zbiorników przemysłowych, kajaków i elastycznych opakowań – które, jak twierdzi firma, „oferują możliwości upcyklingu dla firm recyklingowych i właścicieli marek”.

Produkty, które same się śledzą

Zaskakująco prosty pomysł napędza jeszcze więcej innowacji wspierających gospodarkę o obiegu zamkniętym: śledzenie posiadanych zasobów. Technologie cyfrowe, w tym „internet rzeczy”, umożliwiają firmom projektowanie „inteligentnych zasobów”, które mogą raportować swoją lokalizację, dostępność i stan. Możliwość gromadzenia, gromadzenia i przetwarzania tych informacji w formie „big data” pozwala firmom maksymalizować wartość tych zasobów w dłuższej perspektywie.

Na przykład firma Caterpillar wykorzystuje czujniki pokładowe, które monitorują jej sprzęt w terenie, w połączeniu z diagnostyką predykcyjną, aby wydłużyć żywotność swoich produktów. Technologia ta pozwala firmie przejść od naprawy po awarii do naprawy przed awarią oraz usprawnić konserwację w oparciu o sposób użytkowania maszyny – a to wszystko pozwala klientom zaoszczędzić czas przestoju i obniżyć koszty.

Firma IBM wykorzystała podobną technologię do opracowania kompleksowego narzędzia analitycznego o nazwie Reuse Selection Tool, które pomaga menedżerom produktów w wyborze optymalnego sposobu wykorzystania produktu. Narzędzie, będące obecnie w fazie prototypu, przetwarza szeroki zakres szczegółowych danych – w tym informacje o modułowości i potencjale ponownego wykorzystania sprzętu, przepisach, cenie rynkowej, kosztach regeneracji oraz podaży i popycie – umożliwiając menedżerowi produktu podejmowanie decyzji o regeneracji, recyklingu lub złomowaniu produktu w odniesieniu do każdej jednostki. Firma bada również możliwość wykorzystania technologii przetwarzania kognitywnego, zapoczątkowanej przez system Watson, do interpretacji danych.

Nowa platforma współdzielenia między firmami, FLOOW2, opiera się na prostszym podejściu. Zamiast polegać na inteligentnych zasobach, które same się śledzą, stworzyła platformę podobną do Craigslist, gdzie firmy mogą reklamować sprzęt i obiekty oraz udostępniać je do wynajmu zamiast kupna. Taka wspólna konsumpcja już napędza gospodarkę współdzielenia na poziomie konsumenta. Innowacyjność FLOOW2 polega na rozszerzeniu tej idei na świat biznesu.

Projektowanie produktów wykorzystujących CO²

Jednym z głównych celów gospodarki o obiegu zamkniętym jest zapobieżenie wzrostowi średniej temperatury na świecie o 2°C powyżej poziomu sprzed epoki przemysłowej. Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej osiągnięcie tego celu będzie wymagało inwestycji w energię odnawialną i efektywność energetyczną w wysokości 1 biliona dolarów rocznie przez następne 34 lata, co stanowi trzykrotny wzrost obecnego poziomu inwestycji. „To się nie dzieje” – mówi Bernard David, starszy pracownik naukowy w IGEL i prezes CO² Sciences, Inc. Nawet biorąc pod uwagę wszystkie przewidywane działania, ilość dwutlenku węgla pozostająca w atmosferze będzie oznaczać niedopuszczalny wzrost globalnego ocieplenia.

Jednym z potencjalnych rozwiązań tego problemu jest wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla (CCS), które polega na zakopywaniu gazu cieplarnianego pod ziemią. Strategia ta nie jest jednak jeszcze technicznie wykonalna. „Większość obecnych technik CCS jest nieopłacalna, ponieważ pochłaniają zbyt dużo energii do wychwytywania dwutlenku węgla, dlatego nie zostały jeszcze wdrożone na dużą skalę” – donosi niedawny artykuł GreenBiz pt. „Siedem firm, które warto obserwować w sektorze wychwytywania i składowania dwutlenku węgla”.

Inicjatywa Global CO², również będąca pomysłem Bernarda Davida, przyjmuje inne podejście. Zamiast po prostu zakopywać gaz jako destrukcyjny produkt odpadowy, inicjatywa ma na celu transformację globalnej gospodarki poprzez nowe wynalazki i inwestycje, aby wykorzystać nawet 10% globalnego CO² do wytwarzania użytecznych i rentownych produktów na dużą skalę. Analiza rynku przeprowadzona przez McKinsey & Co. zidentyfikowała 25 potencjalnych produktów, reprezentujących rynek, który może osiągnąć wartość 1 biliona dolarów do 2030 roku. Każdy z tych produktów znajduje się na innym poziomie gotowości, który inicjatywa ocenia w dziewięciopunktowej skali. „Aby osiągnąć znaczący wpływ”, mówi David, „trzeba doprowadzić wszystkie te elementy do poziomu 9”.

Cement to najłatwiejszy cel. Jeden z procesów, już stosowany, obiecuje zmniejszyć emisję CO² w przemyśle o 70%, zarówno poprzez wychwytywanie gazu z cementu, jak i radykalną redukcję emisji podczas utwardzania. Ponieważ produkcja cementu odpowiada za 7% emisji CO², David mówi: „Potencjalnie, dzięki tej jednej branży, możemy zmniejszyć emisję CO² o 5% rocznie”.

Inicjatywa, która rozpoczęła się w styczniu 2016 roku, ma na celu zbudowanie „całego ekosystemu, który umożliwi tworzenie na dużą skalę produktów opartych na CO²”, wyjaśnia David. To monumentalne zadanie, ale w październiku 2017 roku, niecały rok po jej rozpoczęciu, inicjatywa opublikowała projekt „Planu działania dotyczącego globalnego potencjału komercjalizacji technologii wychwytywania i wykorzystania dwutlenku węgla do 2030 roku”. Pełny plan działania został opublikowany w listopadzie 2016 roku w Marrakeszu w Maroku podczas spotkania Konferencji Stron, zorganizowanego w celu realizacji Porozumienia Paryskiego w sprawie zmian klimatu.

Jak sugeruje mapa drogowa inicjatywy, droga naprzód jest pełna możliwości. Niewątpliwie pojawią się wyboje i objazdy, gdy firmy przemyślą projektowanie produktów z myślą o gospodarce o obiegu zamkniętym. Jednak dzięki wspomnianym wyżej strategiom projektowym i innym, których jeszcze nie wymyślono, droga do gospodarki o obiegu zamkniętym ma się dobrze.