Thiết kế Cho nền Kinh tế tuần hoàn

Bạn sẽ làm gì với máy nướng bánh mì khi không còn cần đến nó nữa? Cho đến gần đây, chẳng ai nghĩ đến câu hỏi đó cho đến khi chiếc máy nướng bánh mì đã sẵn sàng cho bãi phế liệu. Ngày nay, những người ủng hộ nền kinh tế tuần hoàn cho rằng thời điểm tốt nhất để giải quyết các vấn đề cuối vòng đời sản phẩm là khi sản phẩm mới được thiết kế. Đó là lúc nó có tiềm năng tuần hoàn lớn nhất. Nếu các nhà thiết kế máy nướng bánh mì của bạn không nghĩ về nó như một thiết bị dùng một lần mà là một sản phẩm có giá trị đáng được bảo tồn, thì lựa chọn của bạn sẽ được cải thiện đáng kể.

Trên thực tế, đó chính là những gì các nhà thiết kế tại Cơ quan Thiết kế (AoD) có trụ sở tại London đã làm. Là một phần của dự án “xem xét giai đoạn cuối vòng đời của các sản phẩm điện và thiết kế những phương pháp thay thế để tận dụng tối đa vật liệu mà chúng chứa đựng”, nhóm thiết kế AoD đã thực hiện thử thách tái thiết kế chiếc máy nướng bánh mì khiêm tốn. Họ đã đưa ra ba phương pháp tiếp cận khác nhau, mà theo công ty, mỗi phương pháp “thể hiện một chiến lược khác nhau để thiết kế tính tuần hoàn ngay từ đầu”.

Thiết kế cho sự trường tồn

AoD bắt đầu bằng việc giải quyết vấn đề lỗi thời đã được lên kế hoạch từ lâu, vốn đã thống trị thiết kế sản phẩm. Hiểu rằng nhôm có thể tái chế "mà không làm mất đi các đặc tính vật liệu" và vật liệu này có thể vẫn có giá trị đối với các nhà tái chế trong tương lai gần, nhóm thiết kế đã nỗ lực chế tạo mọi bộ phận của chiếc máy nướng bánh mì đầu tiên, được gọi là Optimist, bằng nhôm, "bắt đầu với 100% vật liệu tái chế và biết rằng nó có thể được tái chế vô hạn thành các sản phẩm khác khi hết vòng đời".

Để tối đa hóa tuổi thọ của sản phẩm, các nhà thiết kế AoD đã tìm kiếm một thiết kế "đơn giản đến mức không có gì bị hỏng". Optimist có rất ít bộ phận chuyển động và có các bộ phận làm nóng - những bộ phận có tuổi thọ ngắn nhất trong máy nướng bánh mì - dễ dàng tháo rời và thay thế.

Đội ngũ thiết kế cũng cân nhắc đến giá trị cảm nhận của chiếc máy nướng bánh mì đối với những người chủ mong muốn tận hưởng tuổi thọ của nó. Chiếc máy nướng bánh mì được thiết kế "bề mặt nhám, cho phép nó già đi một cách duyên dáng" và ngày sinh của nó được đúc vào nhôm để chủ sở hữu có thể tận hưởng việc sử dụng nó hàng năm. Chiếc Optimist thậm chí còn có một quầy nướng bánh mì đơn giản để "Khi bạn truyền lại chiếc máy nướng bánh mì qua nhiều thế hệ, con cháu bạn sẽ biết rằng bạn đã thưởng thức 55.613 vòng nướng bánh mì!"

Thách thức lớn nhất trong việc tạo ra một sản phẩm có tuổi thọ cao như vậy là đưa ra một kế hoạch kinh doanh khả thi. Kể từ khi thuật ngữ “lỗi thời có kế hoạch” được đặt ra trong thời kỳ Đại suy thoái, Hoa Kỳ và phần lớn nền kinh tế thế giới đã dựa vào việc loại bỏ và thay thế các sản phẩm có tuổi thọ xác định. Như tác giả Giles Slade đã lưu ý trong cuốn Made to Break , lỗi thời có kế hoạch đã trở thành “một tiêu chuẩn trong nhận thức của người Mỹ”.

Ngành công nghiệp chiếu sáng đã vật lộn với câu hỏi này kể từ khi bóng đèn LED tuổi thọ cao lần đầu tiên được giới thiệu trên thị trường dân dụng vào năm 2008. Theo JB MacKinnon trong bài viết trên tờ New Yorker , “Bí ẩn về đèn LED: Tại sao không có thứ gì gọi là 'Được chế tạo để trường tồn'”, cho đến nay, câu trả lời vẫn chưa thực sự thuyết phục. Một số công ty đang quay trở lại với chiến lược lỗi thời theo kế hoạch bằng cách tạo ra những bóng đèn ngày càng rẻ hơn với tuổi thọ ngày càng ngắn hơn, trong khi những công ty khác đã rút khỏi lĩnh vực chiếu sáng dân dụng. Ví dụ, vào tháng 10 năm 2015, MacKinnon lưu ý rằng General Electric đã “chia tách GE Lighting để lại một công ty còn sót lại — về cơ bản là bộ phận bóng đèn — rất dễ bán.”

Mặc dù vẫn còn một số thị trường cho hệ thống chiếu sáng với đặc điểm lỗi thời cố hữu — đáng chú ý nhất là lĩnh vực ô tô — ngành công nghiệp này đang tích cực tìm kiếm những cách khác để tận dụng lợi thế về tuổi thọ. Ví dụ, tại Phillips, một sự chuyển dịch đã và đang diễn ra, từ bán đèn như một sản phẩm sang bán đèn như một dịch vụ. Theo báo cáo gần đây của Navigant Consulting "Quản lý Hệ thống Chiếu sáng của Bên thứ ba trong các Tòa nhà Thương mại: Phân tích và Dự báo Thị trường Toàn cầu", đây là một xu hướng đang phát triển.

Các công ty cũng đang tìm cách tích hợp công nghệ thông minh để phân biệt sản phẩm LED của họ với các sản phẩm khác và mang đến cơ hội cập nhật liên tục. Ví dụ, trong lĩnh vực thương mại, GE đang phát triển đèn đường có khả năng cảnh báo chính quyền bất cứ khi nào cảm biến tích hợp phát hiện tiếng súng trong khu vực. Về thị trường dân dụng, MacKinnon trích dẫn lời Philip Smallwood, giám đốc nghiên cứu đèn LED và chiếu sáng của Strategies Unlimited có trụ sở tại Thung lũng Silicon: "Ánh sáng là phương tiện hoàn hảo để bạn tích hợp các sản phẩm kết nối khác vào ngôi nhà, bởi vì bạn sử dụng ánh sáng ở mọi nơi."

Quy định cũng có thể giúp mở đường cho các mô hình kinh doanh dựa trên sản phẩm có tuổi thọ cao. Tim Cooper, giáo sư thiết kế tại Đại học Nottingham Trent và là biên tập viên của cuốn sách "Sản phẩm Bền Lâu Hơn" , nhận thấy các giải pháp khả thi trong các quy định của chính phủ nhằm trừng phạt sự lỗi thời hoặc khuyến khích tuổi thọ cao. Nhưng như Cooper thừa nhận, quy định đi theo văn hóa, và văn hóa vứt bỏ vốn nổi tiếng là chậm thay đổi.

Thiết kế mô-đun: Thay thế các bộ phận, không phải sản phẩm

Một cách khác để kéo dài tuổi thọ sản phẩm là sử dụng phương pháp mô-đun, cho phép chủ sở hữu thay thế các bộ phận mà không cần phải thay thế toàn bộ thiết bị. Đây là chiến lược thứ hai mà AoD áp dụng để tái thiết kế máy nướng bánh mì. Mẫu Pragmatist được thiết kế với các khe nướng mô-đun có thể được ghép lại với nhau để tạo ra bất kỳ kích thước máy nướng bánh mì nào mà khách hàng mong muốn. Thiết kế mô-đun cũng cho phép tháo chốt khe nướng bị lỗi để có thể thay thế mà không làm gián đoạn khả năng nướng bánh mì của chủ sở hữu. AoD đã thiết kế các mô-đun này "đủ mỏng để có thể bỏ qua hộp thư, giúp quá trình trả lại dễ dàng nhất có thể cho người tiêu dùng".

Quỹ Ellen MacArthur nêu bật một ví dụ khác về thiết kế mô-đun, trong đó hiệu suất lại quan trọng hơn nhiều. Nhận thấy xe cứu thương đã được bán đấu giá chỉ sau vài năm, DLL, một nhà cung cấp giải pháp tài chính dựa trên tài sản toàn cầu, đã điều tra và phát hiện ra rằng chính chi phí bảo dưỡng các bộ phận khung gầm, chẳng hạn như động cơ và hộp số, đã khiến chủ xe trả lại xe.

Bộ phận giá trị nhất của xe cứu thương, hộp lớn chứa tất cả thiết bị y tế và chở bệnh nhân, nhìn chung vẫn trong tình trạng tốt. DLL đã giảm 20% chi phí cho khách hàng và tăng gấp đôi tuổi thọ của xe bằng cách thiết kế một mô-đun chăm sóc bệnh nhân có thể dễ dàng tháo rời và lắp lại trên khung gầm mới.

Thiết kế để tháo rời

Cấu trúc mô-đun cho phép cá nhân có thể tháo rời, nhưng ít hữu ích đối với một công ty đang tìm cách khai thác giá trị từ sản phẩm số lượng lớn. Với thiết kế máy nướng bánh mì thứ ba, các nhà thiết kế AoD đặt mục tiêu tạo ra một chiếc máy nướng bánh mì giá rẻ, có thể tháo rời nhanh chóng và dễ dàng mà không làm hỏng các bộ phận cấu thành hoặc trộn lẫn vật liệu của chúng. Giải pháp là một chiếc máy nướng bánh mì được lắp ráp bằng các khớp nối có chứa các viên bi nhỏ. Khi được đặt trong buồng chân không ("một thiết bị vốn rẻ tiền", theo lời AoD), các viên bi sẽ nở ra, bung ra tất cả các khớp nối và để lại một sản phẩm đã được tháo rời.

Chiến lược AoD tương tự như một khái niệm được gọi là Tháo lắp Chủ động bằng Vật liệu Thông minh (ADSM), do Joseph Chiodo của Active Disassembly Research tiên phong. Sử dụng "vật liệu nhớ", có khả năng giữ nguyên hình dạng cho đến khi đạt đến nhiệt độ kích hoạt (nóng hơn hoặc lạnh hơn bình thường), Chiodo đã tạo ra ốc vít và các loại đầu nối khác.

Khi sản phẩm được làm nóng hoặc làm nguội đến nhiệt độ kích hoạt, tất cả các ốc vít sẽ mất ren và sản phẩm sẽ vỡ ra mà không gây hư hại cho các bộ phận cấu thành. Nhiệt độ không phải là cách duy nhất để kích hoạt sự thay đổi. Giống như máy nướng bánh mì, sự thay đổi áp suất có thể có tác dụng, hoặc việc tháo rời có thể được kích hoạt bằng "lò vi sóng, hồng ngoại, âm thanh, điều khiển máy tính và robot, dòng điện hoặc từ trường", theo trang web Active Disassembly.

Nhựa cho nền kinh tế tuần hoàn

Nhựa đặt ra một trong những thách thức lớn nhất đối với nền kinh tế tuần hoàn. Nó có mặt ở khắp mọi nơi, được làm từ dầu mỏ và mất hàng trăm năm để phân hủy. Theo báo cáo năm 2016 của Diễn đàn Kinh tế Thế giới, "Nền kinh tế Nhựa mới: Suy nghĩ lại về Tương lai của Nhựa", bao bì nhựa đặc biệt đáng quan ngại. "Sau một chu kỳ sử dụng đầu tiên ngắn, 95% giá trị vật liệu bao bì nhựa, tương đương từ 80 tỷ đến 120 tỷ đô la hàng năm, bị nền kinh tế mất đi. Một con số đáng kinh ngạc là 32% bao bì nhựa thoát khỏi hệ thống thu gom, tạo ra chi phí kinh tế đáng kể." Trên thực tế, báo cáo cho biết, "Chi phí cho các yếu tố bên ngoài sau khi sử dụng đối với bao bì nhựa, cộng với chi phí liên quan đến khí thải nhà kính từ quá trình sản xuất, ước tính thận trọng là 40 tỷ đô la hàng năm - vượt quá tổng lợi nhuận của ngành bao bì nhựa."

Một trong những lý do khiến tỷ lệ tái chế nhựa thấp như vậy là do hai hoặc nhiều loại vật liệu không tương thích thường được kết hợp với nhau để đạt được chất lượng cần thiết cho từng loại bao bì cụ thể. Theo Jeff Wooster, giám đốc phát triển bền vững toàn cầu tại Dow, các túi nhựa được sử dụng cho mọi thứ, từ thực phẩm đông lạnh đến viên giặt là, là một ví dụ điển hình.

Chúng thường được làm từ polyethylene terephthalate (PET), được cán mỏng thành một lớp màng polyethylene. Wooster cho biết việc sử dụng hai loại nhựa khác nhau này mang lại cho túi “vẻ ngoài bóng đẹp và độ cứng cáp giúp túi đứng vững trên kệ”, đồng thời “khả năng vận hành ở tốc độ cao trên máy đóng gói”. Điều này cũng khiến túi không thể tái chế.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học Dow đã đưa ra một cấu trúc bao bì mới đáp ứng mọi thông số kỹ thuật thiết kế sản phẩm nhưng không được làm từ PET mà thay vào đó là hai loại polyethylene. Wooster giải thích: "Bằng cách kết hợp các loại polyethylene khác nhau tương thích với nhau", Dow đã tạo ra một loại túi đứng có thể tái chế trong thùng rác siêu thị cùng với túi mua sắm bằng nhựa. Một trong những ứng dụng đầu tiên của vật liệu cải tiến này là làm túi đựng viên rửa chén Seventh Generation. Ứng dụng chính của polyethylene tái chế là túi mua sắm mới, giữ lại phần lớn giá trị ban đầu của sản phẩm, và gỗ composite nhựa-gỗ, giúp tái sử dụng nhựa hiệu quả trong ít nhất 50 năm.

Túi đứng không phải là đóng góp duy nhất của Dow cho nền kinh tế tuần hoàn. Một cải tiến khác được công bố vào mùa thu năm 2016 là một sản phẩm làm từ copolymer khối olefin gốc polypropylene. Trước đây, các dòng sản phẩm sau tiêu dùng bao gồm polypropylene và polyethylene rất khó tái chế. Cải tiến của Dow cho phép kết hợp hai loại nhựa thông dụng này thành nhiều sản phẩm — bao gồm hộp và thùng phuy cứng, hộp đựng gia dụng, bồn công nghiệp, thuyền kayak và bao bì mềm — tất cả đều "mang đến cơ hội tái chế nâng cao cho các nhà tái chế và chủ sở hữu thương hiệu", theo công ty.

Sản phẩm tự theo dõi

Một ý tưởng đơn giản đến bất ngờ đang thúc đẩy nhiều đổi mới hơn nữa hỗ trợ nền kinh tế tuần hoàn: theo dõi những gì bạn sở hữu. Công nghệ số, bao gồm cả "internet vạn vật", đang giúp các công ty thiết kế "tài sản thông minh" có thể báo cáo vị trí, tình trạng và khả năng sử dụng của chúng. Khả năng truyền tải, tích lũy và xử lý thông tin này dưới dạng "dữ liệu lớn" đang cho phép các công ty tối đa hóa giá trị của những tài sản này theo thời gian.

Ví dụ, Caterpillar đang sử dụng các cảm biến tích hợp để theo dõi thiết bị tại hiện trường, kết hợp với chẩn đoán dự đoán, nhằm kéo dài tuổi thọ sản phẩm. Công nghệ này cho phép công ty chuyển từ phương pháp sửa chữa sau khi hỏng hóc sang phương pháp sửa chữa trước khi hỏng hóc và cải thiện việc bảo trì dựa trên cách thức sử dụng máy móc — tất cả đều giúp khách hàng tiết kiệm thời gian ngừng hoạt động và chi phí.

IBM đã sử dụng công nghệ tương tự để phát triển một tài sản phân tích toàn diện mang tên Công cụ Lựa chọn Tái sử dụng, giúp các nhà quản lý sản phẩm lựa chọn cách sử dụng tối ưu tiếp theo cho một sản phẩm. Hiện đang ở giai đoạn thử nghiệm, công cụ này thu thập một lượng lớn dữ liệu chi tiết — bao gồm thông tin về tính mô-đun và tiềm năng tái sử dụng của thiết bị, các quy định, giá thị trường, chi phí tái sản xuất, cũng như cung cầu — cho phép nhà quản lý sản phẩm quyết định trên cơ sở từng đơn vị sản phẩm nên tái sản xuất, tái chế hay loại bỏ. IBM cũng đang khám phá khả năng sử dụng điện toán nhận thức, tiên phong bởi hệ thống Watson, để hỗ trợ diễn giải dữ liệu.

Nền tảng chia sẻ doanh nghiệp mới, FLOOW2, có cách tiếp cận đơn giản hơn. Thay vì dựa vào các tài sản thông minh tự theo dõi, nền tảng này đã tạo ra một thị trường kiểu Craigslist, nơi các công ty có thể quảng cáo thiết bị, cơ sở vật chất và cho thuê thay vì mua. Mô hình tiêu dùng hợp tác này đang thúc đẩy nền kinh tế chia sẻ ở cấp độ người tiêu dùng. Điểm đổi mới của FLOOW2 là mở rộng ý tưởng này sang thế giới kinh doanh.

Thiết kế sản phẩm sử dụng CO²

Một trong những mục tiêu chính của nền kinh tế tuần hoàn là ngăn nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng 2°C so với thời kỳ tiền công nghiệp. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), để đạt được mục tiêu này, cần đầu tư 1 nghìn tỷ đô la mỗi năm vào năng lượng tái tạo và hiệu quả năng lượng trong 34 năm tới, gấp ba lần mức đầu tư hiện tại. "Điều đó sẽ không xảy ra", Bernard David, nghiên cứu viên cao cấp tại IGEL và chủ tịch của CO² Sciences, Inc., cho biết. Ngay cả với tất cả các hoạt động sắp tới, lượng carbon dioxide còn lại trong khí quyển sẽ đồng nghĩa với sự gia tăng không thể chấp nhận được của hiện tượng nóng lên toàn cầu.

Một giải pháp tiềm năng cho vấn đề này là thu giữ và cô lập carbon (CCS), chôn khí nhà kính xuống lòng đất. Tuy nhiên, chiến lược này hiện vẫn chưa khả thi về mặt kỹ thuật. "Hầu hết các kỹ thuật CCS hiện tại đều không kinh tế vì chúng tiêu tốn quá nhiều năng lượng để cô lập carbon, do đó chúng vẫn chưa được triển khai trên quy mô lớn", bài báo gần đây của GreenBiz có tựa đề "Bảy công ty đáng chú ý trong lĩnh vực thu giữ và lưu trữ carbon" cho biết.

Sáng kiến ​​CO² Toàn cầu, cũng là một sáng kiến ​​của Bernard David, lại có một cách tiếp cận khác. Thay vì chỉ chôn khí CO² như một sản phẩm thải gây hại, sáng kiến ​​này hướng đến việc chuyển đổi nền kinh tế toàn cầu thông qua các phát minh và đầu tư mới để sử dụng tới 10% lượng CO² toàn cầu nhằm tạo ra các sản phẩm hữu ích và có lợi nhuận ở quy mô lớn. Một đánh giá thị trường của McKinsey & Co. đã xác định được 25 sản phẩm tiềm năng, đại diện cho một thị trường có thể đạt giá trị 1 nghìn tỷ đô la vào năm 2030. Mỗi sản phẩm này đều ở một mức độ sẵn sàng khác nhau, được sáng kiến ​​này đánh giá trên thang điểm chín điểm. David cho biết: "Để có tác động có ý nghĩa, bạn phải đưa tất cả những yếu tố này lên mức 9."

Xi măng là loại quả dễ hái nhất. Một quy trình hiện đang được áp dụng hứa hẹn sẽ giảm 70% lượng khí thải CO² của ngành, bằng cách thu giữ khí trong xi măng và giảm đáng kể lượng khí thải trong quá trình bảo dưỡng. Vì sản xuất xi măng chiếm 7% lượng CO², David cho biết: "Với ngành công nghiệp này, chúng ta có thể giảm 5% lượng khí thải CO² mỗi năm."

Sáng kiến ​​này, được khởi động vào tháng 1 năm 2016, đang nỗ lực xây dựng "một hệ sinh thái toàn diện để tạo ra các sản phẩm dựa trên CO² ở quy mô lớn", David giải thích. Đây là một nhiệm vụ to lớn, nhưng vào tháng 10 năm 2017, chưa đầy một năm sau khi bắt đầu, sáng kiến ​​đã công bố dự thảo "Lộ trình Tiềm năng Thương mại hóa Toàn cầu của các Công nghệ Thu giữ và Sử dụng Carbon đến năm 2030". Một lộ trình đầy đủ đã được công bố tại Marrakesh, Maroc, vào tháng 11 năm 2016 tại cuộc họp của Hội nghị các Bên được tổ chức để thúc đẩy Thỏa thuận Paris về Biến đổi Khí hậu.

Như lộ trình sáng kiến ​​đã đề xuất, con đường phía trước được trải đầy những tiềm năng. Chắc chắn sẽ có những khó khăn và trở ngại khi các công ty xem xét lại thiết kế sản phẩm theo hướng tuần hoàn. Nhưng nhờ các chiến lược thiết kế đã đề cập ở trên, cùng những chiến lược khác chưa được hình dung, hành trình hướng tới một nền kinh tế tuần hoàn đã có một khởi đầu mạnh mẽ.