Прорывные технологии циклической экономики

В Четвертой промышленной революции участвует не просто горстка технических изобретений; целый ряд технологий и их комбинации вызывают трансформационные конфигурации в глобальных цепях сотворения стоимости. Диапазон этих инновации в цифровом, физическом и биологическом мире захватывает дух: от искусственного интеллекта до нанотехнологий и клеточной инженерии. Темпы, которыми эти новые инновации разрабатываются, гораздо больше, чем во время предыдущих промышленных революций.

Со времен Первой промышленной революции связь между экономическим ростом и использованием природных ресурсов была в соотношении примерно 1:1. Иными словами, по мере роста нашей экономики изменилось и использование земли, воды, материалов и других природных ресурсов. Это подвергло окружающую среду и ресурсы Земли огромному напряжению, которое не позволяет продолжить глобальный рост теми же методами и темпами.

Технологии 4IR изменяют правила игры в революции устойчивого развития, потому что они впервые делают возможным отделение роста бизнеса от использования природных ресурсов. Чтобы достичь этого, эти технологии обеспечивают четыре важных возможности. Во-первых, они позволяют развивать большую эффективность и таким образом уменьшать количество отходов. Во-вторых, они помогают вводить инновации, позволяя новым участникам бросить вызов действующим компаниям в переходе на новые бизнес-модели и новые рынки. В-третьих, технологии 4IR повышают прозрачность информации, позволяя компаниям быстро собирать и анализировать данные для получения ценной информации благодаря новым уровням видимости (использование оборудования и потоков продуктов, энергии и материалов), связи (между машинами, клиентами и принимающими лицами). решения) и гибкости (возможность модифицировать или адаптировать устройство, функцию или процесс), ключевые для развертывания циклических бизнес-моделей. Наконец, биологические технологии 4IR, в частности, позволяют нам отойти от использования традиционных ограниченных или ресурсоемких материалов.

Ключевые технологии циркулярной экономики

Список технологий, играющих центральную роль в циркулярной экономике, постоянно растет. Интернет вещей (IoT), например, становится новым стандартом для устройств с возможностью подключения, взаимодействия и обмена данными. Мы также видим, как широко применяемые технологии, такие как отслеживающие системы, эволюционировали от штрих-кода с усовершенствованной RFID (радиочастотная идентификация) к системам на основе блокчейна, позволяя отслеживание активов и модели расширения возможностей, такие как Resource Recovery.

Эти технологии делятся на три широкие категории: цифровые, физические и биологические.

Не все технологии разворачиваются с одинаковой скоростью или масштабом. В общем, компании используют цифровые инновации шире, чем физические или биологические технологии. Как одно из доказательств, 59% из 1500 циркулярных компаний развернули цифровые технологии (по сравнению с уровнем развертывания физических и биологических технологий 28 и 13% соответственно). Этот значительный разрыв проявляется в существенных отличиях в инвестициях. В США и Европе, инвестиции в цифровую отрасль примерно вдвое больше, чем в биотехнологии. Благодаря таким инвестициям цифровые технологии становятся дешевле и быстрее распространяются. Например, между 2004 и 2014 годами стоимость датчиков IoT упала более чем вдвое. Такие резкие падения цен привели к появлению большого количества электронных устройств, использующих цифровые технологии (ноутбуки, компьютеры, планшеты, смартфоны и другие бытовые электроники) во многих регионах. Кроме того, эти устройства полагаются на виртуальный мир, который меньше зависит от физических ресурсов для создания и поддержания ценности. В результате компаниям стало относительно легче внедрять или модернизировать цифровые технологии в существующие процессы и операции.

Напротив, многие физические и биологические технологии менее проработаны. Они частично ограничены потребностью значительного вложения или временных рамок исследований. Более того, эти технологии, как правило, запатентованы, и могут требовать значительных операционных изменений для широкого внедрения или исследования этических и нормативных соображений. Например, генная инженерия может всколыхнуть этические вопросы вокруг темы потенциального негативного воздействия на природную среду.

Применение в циклической цепочке создания стоимости

Технологии 4IR использовались в различных приложениях во всей циклической цепочке создания стоимости. Наша оценка ведущих циклических инноваций во всем мире показывает, как ведущие исполнители открывают бизнес ценность посредством применения инновационных технологий на всех этапах цепочки создания стоимости, часто путем сочетания нескольких технологий для достижения желаемого экономического и экологического воздействия. Мы подробнее рассмотрим шесть технологий, наиболее часто применяемых организациями за последние пять лет.

Digital: Интернет вещей (IoT)

Технологии IoT состоят из беспроводных устройств со встроенными датчиками, позволяющими взаимосвязь активов или продуктов и обмен данными. Эти устройства могут включать все – от транспортных средств до бытовой техники и промышленного оборудования.

Эти технологии можно отслеживать и управлять ими удаленно. Рассмотрите Philips из портфолио продуктов, включающих активы больниц, такие как магнитно-резонансная томография (МРТ), сканеры позиционной эмиссионной томографии (ПЭТ) и оборудование для компьютерной томографии (КТ). Технология IoT применяется для Philips для удаленного мониторинга этих продуктов, что облегчает прогнозирование технического обслуживания и продлевает срок службы изделия. Это позволило Philips развернуть модель «Продукт как услуга», по которой компания продает услуги, предоставляемые медицинскими приборами, сохраняя право собственности на продукцию. Когда клиент прекращает использование устройства, устройство возвращается в Philips для ремонта, восстановления и повторного использования. В 2018 году после пилотных проектов в Италии и Греции компания Philips успешно запустила развертывание глобальной программы для достижения амбициозной цели циклической экономики вместе с показателями для мониторинга прогресса.

Accenture оценивает, что IoT может добавить около 14,2 триллиона долларов в глобальную экономику к 2030 году. Если компании продолжают развертывать технологии IoT, они должны рассмотреть меры по управлению рисками кибербезопасности, совместимости и конфиденциальности данных. Это может включать в себя внедрение многоуровневых средств защиты или получения согласия клиентов перед использованием их информации.

Машинное обучение и искусственный интеллект

Благодаря машинному обучению, применению искусственного интеллекта алгоритмы самостоятельно учатся улучшать и выполнять новые функции, и все это без специального программирования. Технология, часто базирующаяся на нейронных сетях, может стать чрезвычайным подспорьем в улучшении процесса принятия решений даже людьми-экспертами. Это в значительной степени благодаря огромному (и экспоненциально растущему) количеству данных, которые технология может анализировать с чрезвычайной скоростью и точностью. Машинная учеба может помочь организациям разрабатывать циклические продукты, компоненты и материалы с помощью алгоритмов самообучения, позволяющих быстро создавать прототипы и тестировать. Его можно использовать для минимизации отходов, использования ресурсов и выбросов путем развертывания прогнозной аналитики для более точного планирования спроса или для анализа моделей использования для оптимизации управления активами. Используя машинную учебу, лидер промышленной автоматизации Siemens смог оптимизировать процессы сгорания своих газовых турбин. Их цель заключалась в минимизации выбросов, что может быть сложной задачей, требующей тщательного рассмотрения различных факторов, включая состав газа, местные погодные условия и возраст турбины. Благодаря сложным нейронным сетям Siemens удалось добиться впечатляющих результатов, даже превосходящих производительность экспертов-людей. В серии тестов система машинного обучения смогла снизить выбросы оксида азота на 20%. Машинная учеба имеет огромный потенциал, и ожидается, что ее рынок превысит 23 миллиарда долларов к 2024 году.

Чтобы разблокировать эту ценность, компании должны преодолеть разные технические проблемы. Такие приложения как система управления турбинами Siemens требуют большого количества данных, чтобы программа машинного обучения давала полезные результаты. Хотя крупные корпорации могут обладать виртуальными кладами данных, не всю эту информацию можно легко использовать. Большая часть этого, возможно, придется сначала «профильтровать», и большая часть может быть заблокирована в разных форматах в отдельных системах хранения и обработки. Таким образом, агрегация и интеграция данных может быть очень сложной, но основополагающей задачей для компаний, стремящихся применить машинное обучение к собственным процессам. Кроме того, следует тщательно управлять этическими проблемами, чтобы избежать предвзятости алгоритма и ненадлежащего использования данных.

Робототехника

Робототехника особенно хорошо подходит для автоматизации повторяющихся и основывающихся на правилах процессов. В сочетании с машинным обучением технологию можно научить выполнять сложную серию действий. Ожидается, что глобальный рынок робототехники достигнет 62 миллиардов долларов к 2024 году с многочисленными применениями в циркулярной экономике, такими как сбор отходов, сортировка и измельчение. Хорошим примером, иллюстрирующим силу робототехнических технологий в восстановлении ресурсов, является транснациональная технологическая компания Apple. Это разработка Liam, работа, которая может быстро разобрать iPhone 6s. Две линии усовершенствованного робота могут разбирать 2,4 миллиона телефонов в год, позволяя Apple восстанавливать высококачественные компоненты и материалы, обычно уходящие в отходы по традиционным методам переработки. На каждые 100 000 устройств Лиам может получить значительное количество алюминия (1900 кг), меди (800 кг), олова (55 кг), редкоземельных элементов (24 кг), вольфрама (3,5 кг), тантала (2,5 кг). , и золотая (0,3 кг). Apple уже начинает закрывать цикл с некоторыми из этих материалов. В частности, полученный алюминий повторно расплавляется и используется для изготовления мини-компьютеров Macintosh на заводах компании. Согласно Apple, Дейзи (преемник Лиама) может разобрать до 200 iPhone в час (что составляет примерно 1,8 миллиона в год), отделяя детали и определенные компоненты во время работы. Разворачивая робототехнику, компаниям необходимо учитывать несколько факторов, включая капитальные затраты и доходы, а также социальное влияние перемещения рабочей силы. Необходимо провести тщательную оценку повышения эффективности, полученной благодаря использованию робототехники, и учесть первоначальные инвестиционные затраты на применение технологии. При этом анализе компании также должны оценить инвестиции, необходимые для переподготовки и смены должности потенциально перемещенных работников.

Сбор энергии

Сбор энергии – это использование специальных материалов или оборудования для захвата, хранения и поставки энергии, которая иначе была бы потеряна, в виде тепла, света, звука, вибрации или движения. На сегодняшний день развертывание было несколько ограничено (из-за эффективности преобразования, стабильности источника и мощности накопителя энергии), но технология прогрессирует, и ожидается, что мировой рынок сбора энергии к 2025 году превысит 1 миллиард долларов. Изобретательности хватает: датчики Интернета вещей, которые собирают солнечный свет для питания, антенны, которые поглощают радиочастотную энергию, которая затем превращается в постоянный ток, новый тип ламп накаливания, которые самостоятельно перерабатывают тепло и так далее. Два ведущих технологических института в Соединенных Штатах и ​​Китае создали наногенератор, который одновременно использует ветровую и солнечную энергию и может быть установлен на крыше дома, питая энергоэффективные светодиодные (LED) лампы внутри, а также датчик температуры. Программы IoT и потребительская электроника будут стимулировать инновации в этом пространстве, используя датчики и другие электронные устройства в средах, где расходы, связанные с обеспечением электроэнергией, усложняют некоторые программы.

Биоматериалы

Эта технология включает в себя растительные материалы, которые можно компостировать и перерабатывать, которые все чаще используются в качестве заменителей менее устойчивых ресурсов. Биологические материалы могут производиться из биополимеров и других природных волокон, созданных частично или полностью за счет использования растительного сырья. Японский автопроизводитель Mazda является ярким примером. Вместо того чтобы использовать традиционный пластик и другие экологически сложные материалы для салонов своих автомобилей, компания перешла на биопластик. Сотрудничая с Mitsubishi Chemical Corp., отделом промышленных продуктов японской корпорации Mitsubishi, Mazda разработала новый пластик. Этот автопроизводитель также использует биоткани, полностью изготовленные из волокон растительного происхождения, для обивки сидений своих автомобилей, а также начал использовать высокопрочные, долговечные биопластики для наружных деталей автомобиля.

В течение следующих 20 лет во всем мире ожидается, что производство пластика удвоится, и большая часть этого может быть получена из новых материалов на биологической основе, а также материалов и химикатов, полученных из возобновляемых биологических ресурсов. Компании, которые намерены развивать и масштабировать использование этой технологии, должны учитывать несколько факторов, включая влияние на окружающую среду и возможность вторичной переработки продукта. Во-первых, они должны понимать происхождение рассматриваемого материала. Например, сырье, используемое для создания биологического материала, происходит из потока отходов или выращивания урожая на продуктивных землях? Во-вторых, биоматериалы циклические, только если доступны соответствующие системы управления отходами, которые позволяют их перерабатывать обратно или без ущерба перемещать в окружающую среду. Учитывая эти и другие факторы, компания может обнаружить, что использование конкретного биоматериала может не обязательно быть более экологически эффективным, чем альтернатива, полученная из нефти.

Биоэнергия

Биоэнергетическая технология используется для превращения природных и органических веществ, таких как растения, отходы и спиртовое топливо в энергию. Один из подходов заключается в добыче энергии из сточных вод посредством электрометаногенеза (форма производства электротоплива, где метан производится путем прямого биологического преобразования электрического тока и углекислого газа), анаэробного сбраживания или других биологических или биохимических процессов. Другой подход сосредоточен на фабричных отработанных газах, например путем превращения выбросов углерода в этаноловое топливо для автомобилей. Благодаря такому применению технологии биоэнергетики могут стать основой для эффективного восстановления ресурсов, причем ожидается, что мировой рынок биоэнергетики вырастет на 54 миллиарда долларов США в течение 5 лет.

Рассмотрим Enerkem, стартап в Монреале, который разработал технологию преобразования муниципального мусора, который можно переработать в транспортное топливо и другие возобновляемые химические вещества, поэтому можно использовать в разных отраслях промышленности. На заводе в Роттердаме Enerkem планирует газифицировать 300 тысяч тонн отходов ежегодно для производства более 200 тысяч тонн метанола. Без этого перерабатывающего завода отходы отправляли на сжигание в другом месте, что потенциально привело бы к высвобождению 300 000 тонн углекислого газа. Хотя такие технологии, как Enerkem, предлагают беспроигрышные решения — не только извлечение биотоплива из отходов, но и избегание выбросов парниковых газов, необходимы стимулы и инвестиции в инфраструктуру. Кроме того, важно отметить, что преобразование ресурсов в энергию чаще всего должно быть последним мероприятием в идеальной круговой системе только тогда, когда все другие варианты, такие как повторное использование и переработка, исчерпаны. Кроме того, следует учитывать влияние сжигания веществ на здоровье, а также выбросы парниковых газов, которые могут отличаться в зависимости от используемого сырья и технологии. Другим ключевым риском производства биоэнергии является использование первичных ресурсов, выращиваемых на сельскохозяйственных угодьях, что вызывает прения относительно целесообразности перенаправления культур или сельскохозяйственных угодий на производство энергии. Из-за таких проблем успешное и ответственное применение биоэнергетических технологий сильно зависит от месторасположения, местной политики и доступного сырья.

Комбинаторные эффекты

Хотя технологии 4IR обладают мощными возможностями, не существует универсального решения для создания кругового значения. Технологии могут быть развернуты разными способами, однако наш анализ обнаружил, что наиболее конкурентоспособные предприятия, как правило, разворачивали комбинации технологий для достижения наилучшей производительности. Чаще всего компании достигали синергии в одной и той же сфере, например цифровые технологии в сочетании с другими цифровыми технологиями. FRM может, например, использовать IoT для мониторинга, отслеживания и отслеживания использования продукта, а затем использовать аналитику больших данных для получения информации, которая может быть использована для создания циклической ценности. Анализ мог бы, например, помочь определить, нужно ли какие-либо возвращенные продукты восстанавливать для перепродажи или собрать их части для получения наивысшей стоимости. В одном примере Winnow, технологическая компания, работающая в секторе гостиничного бизнеса, разрабатывает инструменты искусственного интеллекта, чтобы помочь поварам управлять более прибыльными и экологичными кухнями, сокращая пищевые отходы вдвое. получают пользу от точной аналитики, точно определяющей, где на их кухнях образуются отходы, помогая им сократить расходы на еду на 3–8% (рентабельность инвестиций до 10 раз в год). Такие клиенты как IKEA и IHG уже начали массово развертывать эту технологию.

Однако некоторые из самых интересных и мощных комбинаций исходят из решений, преодолевающих границы между цифровым, физическим и биологическим мирами. В частности, цифровые технологии часто используются в качестве мультипликатора для масштабирования программы и ускорения ее влияния, например использования машинного зрения и ИИ для улучшения производительности физических технологий, таких как работы. Наши данные указывают на то, что развертывание таких цифровых приложений является наиболее распространенным типом перекрестной комбинации. Напротив, цифрово-биологические комбинации составляют лишь 8% круговой экономики, однако имеют огромный потенциал. Рассмотрим, например, использование аэропоники и прогнозной аналитики компанией AeroFarms, занимающейся сельским хозяйством в закрытых помещениях, для достижения высокой и постоянной производительности сельского хозяйства, что уменьшает потребление ресурсов и образование отходов, одновременно повышая качество продукции. Подобным образом, команда LanzaTech, состоящая из биологов, химиков, инженеров и компьютерных биологов, использует технологии для усиления влияния путем сочетания дисциплин. LanzaTech генерирует большое количество данных на своих глобальных объектах, нуждающихся в цифровом моделировании для совершенствования продуктов следующего поколения. Именно благодаря этому сочетанию биологии и искусственного интеллекта мы можем прогнозировать потоки дизайна и ускорять производство новых экологически чистых химических веществ, которые можно использовать в циклической цепочке поставок, - объясняет Дженнифер Холмгрен, генеральный директор LanzaTech.

В то же время компании должны отдавать себе отчет в потенциальных непредвиденных последствиях, которые могут возникнуть в результате трансформации их основного бизнеса с помощью этих инноваций. Как и в других линейных приложениях 4IR, организации должны использовать средства защиты данных потребителей и защиты от киберугроз, а также сосредоточиться на возможностях переквалификации своей рабочей силы во избежание сбоев и перемещений через автоматизацию.

Tetra Pak, глобальная компания по переработке и упаковке пищевых продуктов, решила использовать различные культуры, такие как сахарный тростник, и полагаться на экологически управляемые леса для производства упаковочного материала на биологической основе. Сегодня Tetra Pak получает 100% картона из лесов, сертифицированных Лесным наблюдательным советом, и компания сотрудничает с поставщиками, неправительственными организациями и другими заинтересованными сторонами, чтобы содействовать ответственному управлению лесами и усиливать отслеживание продукции через сертификацию и маркировку.

Перспективы будущего

На горизонте появляется несколько трансформационных технологий, которые, как мы ожидаем, откроют новые возможности, поскольку они внедряются в циклические бизнес модели, включая, но не ограничиваясь: Smart digital twin и AR/VR. Технология позволяет анализировать данные и контролировать системы для разработки новых решений или проведения прогнозного обслуживания. К примеру, компания по водным технологиям Xylem разработала цифрового двойника канализационной системы города Саут-Бенд Индианы и использовала искусственный интеллект для анализа и оптимизации ливневых вод. Это помогло городу сократить бюджет строительства на 500 миллионов долларов, которые в противном случае потребовались бы для строительства дополнительных подземных тоннелей для удержания избытка ливневой воды, сохраняя энергию и уменьшая влияние человека на окружающую среду. Решение также помогает защитить водные пути, связанные с рекой, например озеро Мичиган, являющееся важным источником для водоочистных сооружений, поставляющих питьевую воду в Чикаго, Гранд-Рапидс и регион.

Блокчейн и криптографические привязки

Технология блокчейна может помочь обеспечить подлинность продукта, отслеживая его от точки происхождения до конечного пользователя. Криптографические привязки – это защищенные от подделки «цифровые отпечатки пальцев», которые можно встраивать в продукты или части продуктов, что позволяет физическим товарам иметь отслеживаемую цифровую идентичность, которую можно хранить в блокчейне, облегчая отслеживание активов и восстановление стоимости после окончания использования. Например, базирующаяся на блокчейне коммуникационная компания Circularise разработала открытый, распределенный и безопасный протокол связи для циркулярной экономики в сочетании с криптографическими якорями. Используя эту технологию, клиент может сканировать привязку продукта, чтобы задать вопрос об этом товаре (содержит ли он ртуть, например), а затем автоматически получить ответы «да/нет».

Машинное обучение и робототехника

Системы машинного обучения и машинного зрения, получающие, обрабатывающие, анализирующие и понимающие цифровые изображения, быстро изымая ценные данные из реального мира, совершенствуются, поскольку они «обучаются» на дополнительных изображениях. Робототехника дополнительно оснащается машинным зрением и работает с помощью машинного обучения, чтобы улучшить свои возможности и интеллект для циклических программ. К примеру, AMP Robotics использует машинное зрение для сортировки отходов, и точность системы со временем повысилась до 99%.

Прорыв в физических и биологических технологиях

Благодаря инвестициям и стартапам развитие физических и биологических технологий было стабильным и многообещающим. «Пищевые технологии» — сфера с постоянным потоком инноваций, которая, как мы ожидаем, будет продолжать стимулировать трансформацию. В частности, прогресс в таких технологиях как робототехника, дроны и датчики продолжит формировать следующее поколение ферм, одновременно уменьшая трудоемкость, энергоемкость и ресурсоемкость, и мы также стоим на пороге революции в биологических технологиях. К примеру, новый пищевой технологический стартап Apeel Sciences использует растительные экстракты, полученные из побочных продуктов сельского хозяйства, для создания невидимых покрытий, продлевающих срок годности свежих продуктов в два-пять раз. Технология может помочь бакалейным магазинам снизить количество отходов, одновременно улучшая внешний вид и питательное содержание их фруктов и овощей. Сельскохозяйственные процессы будут также развиваться шире. Например, быстро распространяется восстановительное сельское хозяйство, сельскохозяйственная техника, направленная на увеличение биоразнообразия, обогащение почв и улучшение экосистемных услуг.

Индустрия моды охватывает множество новых и потенциально кардинальных биологических инноваций. Стартапы включают Crop-A-Porter, производящий текстиль из остатков урожая пищевых культур; Одежда из водорослей, которая использует водоросли в качестве красителя; и Sane Membrane, биоразлагаемую мембрану на минеральной основе для наружного ношения. Другие инновации были сосредоточены на физических технологиях, таких как Smart Stitch, которая производит растворимую нить; Te Regenerator, разделяющий смеси хлопка и полиэфира для переработки; и Petit Pli, которая создает «растущую» одежду вместе с физическим развитием ребенка. Хотя цифровые технологии играют ключевую роль как усилитель в масштабировании и повышении эффективности циклических бизнес-моделей, наше общество и промышленность продолжают сосредотачиваться на производстве и потреблении физических благ. Таким образом, ускорение биологических и физических технологий, которые мы исследовали здесь, будет играть важную роль в создании циклических входных данных с самого начала, улучшая способность превращать «отходы» обратно в первичные материалы и, наконец, поможет закрыть цикл.

Производительность циклических компаний

В прошлом технологические прорывы позволяли компаниям достичь скачков производительности в разных отраслях. Сегодня вместо четких технологических революций мы переживаем постоянный прогресс, новые волны инноваций постоянно теснят существующие технологии. Это выдвинуло неустанные требования к компаниям быть в курсе событий, но также открыло новые возможности всего кратчайшие промежутки времени. Без сомнения, инновации 4IR обеспечили богатую платформу для компаний, чтобы получить значительные конкурентные преимущества в развертывании пяти циклических бизнес-моделей. Для того, чтобы полностью раскрыть потенциал этих технологий, компании должны целостно внедрять их во всех операционных группах и функциональных сферах. Технологии также должны быть направлены таким образом, чтобы использовать их зарождающуюся синергию и минимизировать непредвиденные последствия, включая неблагоприятное влияние на окружающую среду, перемещение работников, риск киберугроз и этические проблемы.

Если вам была интересна данная статья тогда вас также заинтересует стоит ли покупать Iphone 11...