การเปลี่ยนการออกแบบผลิตภัณฑ์ไปสู่ความยั่งยืน Net Zero

ผู้เล่นหลักกำลังดำเนินการอย่างสอดคล้องกันเพื่อให้แน่ใจว่ามีข้อกำหนดทางธุรกิจร่วมกันเพื่อความยั่งยืนในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า โดยรัฐบาล ภาคธุรกิจ และผู้คนทั่วโลกต่างรวมตัวกันเพื่อสนับสนุนเป้าหมายการปล่อยก๊าซคาร์บอนสุทธิเป็นศูนย์ (Net Zero) ในปี 2050 ซึ่งผู้ออกแบบผลิตภัณฑ์ควรคำนึงถึงความยั่งยืน Net Zero ในแผนผลิตภัณฑ์ในอนาคต ไม่เช่นนั้นอาจเสี่ยงต่อการสูญเสียธุรกิจให้กับคู่แข่งที่สามารถตอบสนองต่อแรงกดดันทางการตลาดที่รุนแรงได้ดีขึ้น

National Association of Manufacturers (NAM) รายงาน ณ สิ้นปี 2022 ว่า 58% ของผู้บริหารของบริษัทผู้ผลิตที่ได้รับการสำรวจเชื่อว่าความยั่งยืนมีความสำคัญต่อความสามารถในการแข่งขันในอนาคต ซึ่งสูงกว่าการสำรวจที่คล้ายกันในปี 2019 อย่างมาก^[i] โดยความยั่งยืนของผู้ผลิต หมายถึงความสามารถในการดำเนินตามกระบวนการและวิธีปฏิบัติต่อไปเมื่อเวลาผ่านไป โดยไม่ทำให้ทรัพยากร เช่น พลังงาน วัสดุ และน้ำที่ต้องพึ่งพานั้นหมดไป

มีการประมวลคำว่า Net Zero ในปี 2015 ภายใต้การสนับสนุนของสหประชาชาติ เมื่อ 196 ประเทศยอมรับข้อตกลงปารีส ซึ่งเป็นสนธิสัญญาระหว่างประเทศที่มีผลผูกพันทางกฎหมาย^[ii] ต่อมาในปี 2017 คณะกรรมการระหว่างรัฐบาลแห่งสหประชาชาติได้กำหนดให้ปี 2050 เป็นเป้าหมายในการบรรลุเป้าหมายการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สุทธิเป็นศูนย์ (CO₂) และการลดการปล่อยมลพิษ non-CO₂ ลงเป็นอย่างมาก แม้ว่าจะไม่มีข้อบังคับการบังคับใช้ที่เป็นสากล แต่รัฐบาลและภาคธุรกิจต่างๆ ก็กำลังนำเป้าหมาย Net Zero มาใช้มากขึ้น:

• สามสิบประเทศ รวมถึงสหรัฐอเมริกา ให้คำมั่นที่จะบรรลุเป้าหมาย Net Zero สำหรับการดำเนินงานของรัฐบาลภายในปี 2050 และลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกลง 65% ภายในปี 2030
• ครึ่งหนึ่งของบริษัทจดทะเบียนในตลาดหลักทรัพย์จำนวน 2,000 แห่งทั่วโลกได้ตั้งเป้าหมาย Net Zero ซึ่งคิดเป็น 66% ของรายได้ต่อปีสำหรับหมวดหมู่อันดับต้นๆ ในปี 2000^[iii]
• 45% ของผู้ตอบแบบสำรวจโดย NAM กล่าวว่าบริษัทของพวกเขาได้ตั้งเป้าหมาย Net Zero อย่างเป็นทางการ และ 30% วางแผนที่จะบรรลุเป้าหมายนั้นภายในปี 2030 ^[iv]

ผลกระทบเชิงพาณิชย์ของ Net Zero

การขยายหลักการความยั่งยืนของ Net Zero นั้นยิ่งใหญ่มาก

หน่วยงานกลาโหมของสหรัฐฯ ใช้จ่ายประมาณ 210 พันล้านดอลลาร์กับผลิตภัณฑ์ในปี 2022 ในขณะที่หน่วยงานพลเรือนใช้จ่ายเงิน 49 พันล้านดอลลาร์^[v] ในการเสนอระบบนิเวศการผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีเทคโนโลยี Net Zero คณะกรรมการ European Commission คาดการณ์ว่าตลาดโลกสำหรับเทคโนโลยี Net Zero ที่ผลิตจำนวนมากจะมีมูลค่าถึง 600 พันล้านยูโรต่อปีภายในปี 2030 ^[vi]

ผู้ผลิตจะได้รับการคาดหวังให้ผลิตสินค้าสำหรับยานพาหนะไฟฟ้าและโครงสร้างพื้นฐาน โครงข่ายไฟฟ้าที่ทันสมัย ตัวควบคุมอาคาร และปั๊มความร้อน และอื่นๆ อีกมากมาย นอกจากนี้ การลงทุนในเทคโนโลยีดักจับคาร์บอนจะผลักดันความต้องการการออกแบบผลิตภัณฑ์และโซลูชั่นใหม่ๆ เพื่อปรับปรุงโรงงานผลิตที่มีอยู่

การเปลี่ยนไปสู่ Net Zero จะต้องมีการจัดสรรเงินทุนจำนวนมหาศาล ซึ่งมีแนวโน้มว่าจะเพิ่มเป็นหลายร้อยล้านล้านดอลลาร์สหรัฐหรือเทียบเท่าภายในปี 2050 ซึ่งจะต้องมีการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในการดำเนินธุรกิจของผู้ที่อยู่ในภาคการผลิต ตั้งแต่วิธีที่พวกเขาใช้ขับเคลื่อนโรงงานและเครื่องมือไปจนถึงการใช้วัสดุที่เบากว่าและแข็งแกร่งกว่า

ห่วงโซ่อุปทานการผลิตทั้งหมดจะได้รับผลกระทบ ผู้ผลิตที่วัดความคืบหน้าของ Net Zero จะต้องคำนวณการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยรวม รวมถึงความคืบหน้า Net Zero ของซัพพลายเออร์ด้วย บริษัทที่ต้องการทำกำไรจากโอกาสทางธุรกิจที่การปล่อยมลพิษไม่เป็นศูนย์จะต้องแสดงให้เห็นว่าพวกเขากำลังก้าวไปสู่การบรรลุเป้าหมาย Net Zero

บริษัทต่างๆ จะต้องคำนวณการปล่อยคาร์บอนของวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ทั้งหมด ตั้งแต่การจัดหาวัสดุไปจนถึงการจัดการเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน ซึ่งนักออกแบบจะต้องเรียนรู้ทักษะใหม่ๆ ปรับเปลี่ยนหรือแทนที่กระบวนการที่มีอยู่ และปรับปรุงการดำเนินงานเพื่อให้ความยั่งยืนเป็นแนวคิดหลักในการออกแบบ แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดที่สำคัญ ได้แก่ :

• การนำแนวปฏิบัติเศรษฐกิจหมุนเวียนมาใช้ซึ่งลดการใช้วัสดุและนำของเสียกลับคืนมาเพื่อใช้ในการผลิตวัสดุและผลิตภัณฑ์ใหม่
• เพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเพื่อลดคาร์บอนในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ รวมถึงการลดการใช้วัสดุและการใช้ทรัพยากรในระหว่างการผลิตผลิตภัณฑ์
• สร้างสรรค์แนวคิดการออกแบบใหม่ๆ และลงทุนในเครื่องมือและเทคโนโลยีใหม่ ๆ เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์และกระบวนการที่ประหยัดพลังงานมากขึ้น
• ส่งเสริมกรอบความคิด Net Zero โดยมุ่งเน้นไปที่ประเด็นการจัดการการเปลี่ยนแปลง รวมถึงการยกระดับแชมป์ด้านความยั่งยืนในองค์กร จัดการกับความกลัวและการต่อต้านของผู้ปฏิบัติงาน ตลอดจนเพิ่มทักษะใหม่และนำทักษะใหม่ๆ ที่จำเป็นเพื่อให้บรรลุเป้าหมาย Net Zero
• ขยายประโยชน์ของระบบกลไกด้วยบริการดิจิทัลที่นำเสนอคุณสมบัติและฟังก์ชันใหม่ๆ ตามต้องการ

การใช้ประโยชน์จากความก้าวหน้าของซัพพลายเออร์

Analog Devices, Inc. (ADI) เป็นผู้นำด้านเซมิคอนดักเตอร์ระดับโลกที่มีมูลค่า 12 พันล้านดอลลาร์ (ปีงบประมาณ 2023) ซึ่งผสมผสานเทคโนโลยีแอนะล็อก ดิจิทัล และซอฟต์แวร์เข้าด้วยกัน เพื่อสร้างสะพานเชื่อมโลกทางกายภาพและดิจิทัล ผลิตภัณฑ์ของบริษัทช่วยขับเคลื่อนความก้าวหน้าในโรงงานดิจิทัล ระบบอัตโนมัติของอาคาร การเคลื่อนย้าย และการดูแลสุขภาพดิจิทัล มีความมุ่งมั่นที่จะบรรลุเป้าหมาย Net Zero ภายในปี 2050 หรือเร็วกว่านั้น โดยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนขอบเขต 1 และ 2 ลง 50% ภายในปี 2030 และโอนของเสีย 100% จากโรงงานผลิต ADI ภายในปี 2030

ADI ตั้งเป้าที่จะลดการใช้พลังงาน ยืดอายุการใช้งานของสินทรัพย์ และลดการใช้วัตถุดิบผ่านการควบคุมการเคลื่อนไหวที่ประหยัดพลังงาน การตรวจสอบสภาพของสินทรัพย์ที่ใช้พลังงานต่ำอย่างแม่นยำ และการตรวจจับ การสั่งงาน และการควบคุมอัจฉริยะที่ปรับเปลี่ยนได้

ด้วยผลงานที่กว้างขวาง ADI ช่วยให้นักออกแบบผลิตภัณฑ์มีส่วนประกอบที่หลากหลายมุ่งเป้าไปที่การปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมและการใช้งานอาคารอัจฉริยะ:

ไดรฟ์ความเร็วแปรผัน : ประมาณการว่ามอเตอร์ไฟฟ้ามีสัดส่วนประมาณ 65% ของการใช้ไฟฟ้าในภาคอุตสาหกรรม^[vii] ในอดีต มอเตอร์ส่วนใหญ่เป็นอุปกรณ์ที่มีการหมุนคงที่ และการติดตั้งไดรฟ์แบบปรับความเร็วได้ทั้งหมดสามารถลดการใช้พลังงานทั่วโลกได้ถึง 10%^[viii] โซลูชันไดรฟ์แบบปรับความเร็วได้ของ ADI ประกอบด้วยการตรวจจับกระแสและแรงดันไฟฟ้าประสิทธิภาพสูง การแยกส่วนที่แข็งแกร่ง การจัดการพลังงานความหนาแน่นสูง และการเชื่อมต่อที่ราบรื่น

แอมพลิฟายเออร์ตรวจจับกระแสไฟฟ้าแรงสูง แบนด์วิธสูง เช่น AD8410A และ AD8411A วัดกระแสแบบสองทิศทางผ่านตัวต้านทานชันท์ เพื่อส่งค่าป้อนกลับที่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของไดรฟ์ และกำหนดแบนด์วิธและเวลาตอบสนองของมอเตอร์ เพื่อให้มั่นใจว่ามอเตอร์ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด การจัดการพลังงานในตู้ขนาดเล็กถือเป็นข้อพิจารณาในการออกแบบที่สำคัญ ADI นำเสนอวงจรรวมตัวควบคุมการสวิตช์แบบฟลายแบ็ค เช่น MAX17692 ที่วัดแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตที่แยกได้โดยตรงจากรูปแบบคลื่นฟลายแบ็คฝั่งปฐมภูมิในระหว่างการนำวงจรเรียงกระแสฝั่งทุติยภูมิ โดยไม่จำเป็นต้องใช้แอมพลิพายเออร์ข้อผิดพลาดด้านทุติยภูมิและออปโตคัปเปลอร์ ผู้ออกแบบสามารถประหยัดพื้นที่แผงวงจรพิมพ์ (PCB) ได้มากถึง 20% เมื่อเทียบกับตัวแปลงฟลายแบ็คแบบดั้งเดิม^[ix]

ตัวเข้ารหัสตำแหน่ง: มอเตอร์ขับเคลื่อนด้วยเซอร์โวประสิทธิภาพสูงพร้อมตำแหน่งที่แม่นยำและการควบคุมแรงบิดสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยทำให้สามารถตัดเฉือนส่วนประกอบที่ซับซ้อนได้เร็วขึ้น เทคโนโลยีการปรับสภาพสัญญาณและการแปลงที่แม่นยำของ ADI วัดสัญญาณขนาดขนาดเล็กได้อย่างแม่นยำในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่มีเสียงดัง ข้อเสนอของ ADI ช่วยในการพัฒนาโซลูชันตัวเข้ารหัสตำแหน่งประสิทธิภาพสูงที่ให้ประสิทธิภาพลูปการควบคุมขั้นสูง ประสิทธิภาพสูง และเทคโนโลยีการจัดการพลังงานแบบบูรณาการในระดับสูง ซึ่งสามารถลดการใช้พลังงานที่จำเป็นในกระบวนการตัดเฉือนและขับเคลื่อนปริมาณงานของโรงงาน

เทคโนโลยี ADI สามารถช่วยเร่งเวลาออกสู่ตลาดในการนำเสนอโซลูชันตัวเข้ารหัสตำแหน่งที่มีประสิทธิภาพสูง บริษัทนำเสนอโซลูชันห่วงโซ่สัญญาณตัวเข้ารหัสสำหรับเซ็นเซอร์ประเภทต่างๆ เช่น ออปติคัล แม่เหล็ก รีโซลเวอร์ และหม้อแปลงดิฟเฟอเรนเชียลดิฟเฟอเรนเชียลแปรผันเชิงเส้น ADP320 เอาต์พุตต่ำแบบสามเอาต์พุต (LDO) มีกระแสไฟนิ่งต่ำ แรงดันไฟตกคร่อมต่ำ และช่วงแรงดันอินพุตกว้างเพื่อจ่ายไฟให้กับส่วนประกอบทั้งหมดในห่วงโซ่สัญญาณตัวเข้ารหัสแบบออปติคอลและแม่เหล็ก

บล็อกไดอะแกรมแบบง่ายของ ADI MAX32672 แสดงในรูปที่ 1 ซึ่งเป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ 32 บิตขนาดเล็ก พลังงานต่ำเป็นพิเศษ มีการบูรณาการสูง และเชื่อถือได้ ช่วยให้ออกแบบด้วยการประมวลผลเซ็นเซอร์ที่ซับซ้อนโดยไม่กระทบต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่ และสามารถให้เส้นทางที่ง่ายและคุ้มค่าที่สุดจากไมโครคอนโทรลเลอร์ 8 หรือ 16 บิต ของการออกแบบแบบเดิม

รูปที่ 1: แผนภาพบล็อกไดอะแกรมอย่างของไมโครคอนโทรลเลอร์ MAX32672 (แหล่งที่มาภาพ: Analog Devices, Inc.)

นักออกแบบที่รวมตัวเข้ารหัสเข้ากับมอเตอร์เพื่อรองรับความสามารถในการผลิตขั้นสูงจะได้รับประโยชน์จากฟอร์มแฟคเตอร์ตัวเข้ารหัสที่ลดลง

การจัดการพลังงานแบบรวม: ADI นำเสนอโซลูชันการจัดการพลังงานขนาดเล็กที่มีการผสานรวมในระดับสูงในไอซีขนาดเล็ก ซึ่งรวมถึงตัวควบคุมสัญญาณรบกวนต่ำ เช่น LT3029 สำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น ตัวควบคุมเชิงเส้นทั่วไป ระบบที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ และการจัดหาคอร์/ลอจิกของไมโครโปรเซสเซอร์ ตลอดจน LT3024 ซึ่งเหมาะสำหรับโทรศัพท์มือถือ โมเด็มไร้สาย และเครื่องสังเคราะห์ความถี่

การเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้: ADI นำเสนอตัวรับส่งสัญญาณ RS-485 แบบฮาล์ฟดูเพล็กซ์และฟูลดูเพล็กซ์เพื่อการส่งข้อมูลที่เชื่อถือได้ในอัตราข้อมูลสูง ADM3066E และ ADM3067E ตัวอย่างเช่น ให้การสื่อสารข้อมูลแบบสองทิศทางความเร็วสูง 50 Mbps บนสายส่งสัญญาณบัสหลายจุด และมีอิมพีแดนซ์อินพุตโหลด 1/4 หน่วยที่อนุญาตให้มีตัวรับส่งสัญญาณสูงสุด 128 ตัวบนบัส นักออกแบบสามารถใช้ประโยชน์จากบอร์ดประเมินผลได้หลายแบบ เช่น EVAL-ADM3066EEBZ (ภาพที่ 2) เพื่อช่วยประเมินและสาธิตความสามารถของเครื่องรับส่งสัญญาณเหล่านี้

รูปที่ 2: บอร์ดประเมินผล EVAL-ADM3066EEBZ ของ ADI มีพื้นที่สำหรับตัวรับส่งสัญญาณ RS-485 แบบฮาล์ฟดูเพล็กซ์ ADM3066EBRMZ ในแพ็คเกจ MSOP 10-lead (แหล่งรูปภาพ: Analog Devices)

ตัวควบคุมอาคาร : การทำให้อาคารใหม่และอาคารที่มีอยู่มีความยั่งยืนมากขึ้นจำเป็นต้องมีเทคโนโลยีการวัด การเชื่อมต่อ และการประมวลผลเพื่อควบคุม HVAC และแสงสว่าง การรับรู้ถึงการครอบครอง และตรวจสอบสภาพแวดล้อม ซึ่งนี้จะผลักดันความต้องการอุปกรณ์ระดับ เอดจ์อัจฉริยะเพื่อให้สามารถเปลี่ยนระบบอาคารให้เป็นดิจิทัลได้

โดยทั่วไประบบอัตโนมัติในอาคารจะรวมตัวควบคุมหลายตัวและโหนดที่แตกต่างกัน ซึ่งแต่ละตัวต้องการการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ ADIN1110 คือตัวรับส่งสัญญาณพอร์ตเดียวพลังงานต่ำที่มีอินเทอร์เฟซการควบคุมการเข้าถึงสื่อ (MAC) ในตัวที่ต้องการการใช้พลังงานโดยรวมในระดับระบบที่ต่ำกว่า และมีการตรวจสอบการจ่ายแรงดันไฟฟ้าในตัวและวงจรรีเซ็ตการเปิดเครื่องเพื่อปรับปรุงความทนทานระดับระบบ

อาคารอัจฉริยะต้องการการจัดการพลังงานระดับเอดจ์อย่างมีประสิทธิภาพ โดย LTC4296-1 ของ ADI เปิดใช้งานการจัดหาพลังงาน Power over Ethernet (SPoE) คู่เดียวสำหรับคอนโทรลเลอร์และสวิตช์ 10Base-T1L พร้อมการส่งกำลังไฟสูงสุด 52 W พร้อมข้อมูลผ่านสายอีเธอร์เน็ตคู่บิดเกลียวเส้นเดียว โดย LTC9111 เป็นตัวควบคุมอุปกรณ์จ่ายไฟ SPoE ตามมาตรฐาน IEEE 802.3cg เหมาะอย่างยิ่งสำหรับระบบตามการจำแนกประเภทในระบบอัตโนมัติของอาคารและโรงงาน

สรุป

ความต้องการความยั่งยืนของ Net Zero ที่เพิ่มขึ้นภายในปี 2050 แสดงถึงโอกาสมหาศาลสำหรับผลิตภัณฑ์ที่สนับสนุนนวัตกรรมการผลิต การปรับเปลี่ยนเครื่องมือ และการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆ แม้ว่าปี 2050 อาจดูเหมือนห่างไกล แต่ข้อมูลที่อ้างถึงในบทความนี้ตอกย้ำว่าแรงกดดันจากภาครัฐ ภาคธุรกิจ และสังคม ได้ส่งผลให้บริษัทหลายแห่งต้องสร้างเป้าหมายคาร์บอนสุทธิเป็นศูนย์ในปี 2050 และเป้าหมายคาร์บอนเป็นกลางในปี 2030 ไว้ในกลยุทธ์ปัจจุบันของตน ซัพพลายเออร์ทุกรายมักจะต้องแสดงความก้าวหน้าไปสู่เป้าหมายเหล่านั้นในท้ายที่สุด นักออกแบบผลิตภัณฑ์ที่นำเป้าหมายเหล่านั้นไปใช้ในการวางแผน กระบวนการ และการจัดหาส่วนประกอบในเชิงรุก จะได้รับประโยชน์จากการเปลี่ยนแปลงทางอุตสาหกรรมครั้งใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา

แหล่งข้อมูล

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-comitting-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