Mudança no projeto de produtos para a sustentabilidade zero emissões

By Pete Bartolik

Contributed By DigiKey's North American Editors

2024-04-24

As principais forças estão se alinhando para assegurar um requisito comercial significativo para a sustentabilidade nas próximas décadas. Em todo o mundo, governos, empresas e pessoas estão se unindo para apoiar uma meta de zero emissões de carbono para 2050. Os projetistas de produtos fariam bem em levar em conta a sustentabilidade zero emissões em seus futuros planos de produtos ou correr o risco de perder negócios para concorrentes mais preparados para responder às intensas pressões do mercado.

A Associação Nacional de Fabricantes (NAM) informou, no final de 2022, que 58% dos executivos de fabricantes pesquisados acreditam que a sustentabilidade é essencial para a competitividade futura, um número substancialmente maior do que em uma pesquisa semelhante realizada em 2019.^[i] A sustentabilidade, no caso de fabricantes e produtores, refere-se à capacidade de dar continuidade a processos e práticas ao longo do tempo sem esgotar recursos dos quais eles mesmos dependem, como energia, materiais e água.

O termo zero emissões foi definido em 2015, sob a tutela das Nações Unidas, quando 196 países adotaram o Acordo de Paris, um tratado internacional juridicamente vinculativo^[ii]. Posteriormente, em 2017, um Painel Intergovernamental da ONU definiu 2050 como a meta para atingir metas de zero emissões de dióxido de carbono (CO₂) e reduções profundas de emissões não relacionadas ao CO₂. Apesar da falta de um mandato universal de aplicação, a meta de zero emissões está sendo cada vez mais adotada por governos e empresas:

Trinta países, incluindo os EUA, se comprometeram a atingir uma meta zero emissões para suas operações governamentais até 2050 e a reduzir as emissões em 65% até 2030.
Metade das 2.000 empresas de capital aberto do mundo estabeleceu metas de zero emissões, representando 66% da receita anual da categoria principal de 2000.^[iii]
45% dos entrevistados pela NAM afirmam que suas empresas estabeleceram metas formais de zero emissões e 30% planejam atingir essa meta até 2030.^[iv]

Implicações comerciais das emissões zero

As ramificações comerciais da sustentabilidade zero emissões são enormes.

As agências de defesa dos Estados Unidos gastaram cerca de US$ 210 bilhões em produtos em 2022, enquanto as agências civis gastaram US$ 49 bilhões.^[v] A Comissão Europeia, ao propor um ecossistema de fabricação de produtos com tecnologia zero emissões, projeta que o mercado global de tecnologias zero emissões fabricadas em massa chegará a 600 bilhões de euros por ano até 2030.^[vi]

Espera-se que os fabricantes produzam produtos para veículos elétricos e infraestrutura, redes de energia modernizadas, controladores prediais e bombas térmicas, entre outros. Além disso, o investimento em tecnologia de captura de carbono impulsionará a necessidade de novos projetos de produtos e soluções para modernizar as fábricas existentes.

A mudança para zero emissões exigirá uma realocação maciça de capital, provavelmente somando centenas de trilhões de dólares americanos e equivalentes até 2050. Isso exigirá uma transformação maciça na forma como as pessoas do setor de manufatura fazem negócios, desde a forma como alimentam suas fábricas e ferramentas até a adoção de materiais mais leves e resistentes.

Toda a cadeia de suprimentos de manufatura será afetada. Os fabricantes que medem seu progresso rumo à zero emissões terão que calcular sua pegada de carbono geral, incluindo o progresso de zero emissões de seus fornecedores. As empresas que quiserem lucrar com oportunidades de negócios que não sejam zero emissões precisarão demonstrar que estão se movimentando para atingir metas zero emissões.

As empresas terão que calcular o impacto de carbono do inteiro ciclo de vida do produto, desde o fornecimento de materiais até o gerenciamento do fim da vida útil. Os projetistas devem aprender novas habilidades, adaptar ou substituir os processos existentes e renovar as operações para tornar a sustentabilidade um conceito central do projeto. As principais áreas de melhores práticas incluem:

Adotar práticas de economia circular que reduzam o uso de materiais e recuperem os resíduos para serem usados na fabricação de novos materiais e produtos.
Otimizar processos para descarbonizar o desenvolvimento de produtos, incluindo a minimização do consumo de materiais e do uso de recursos durante a fabricação de produtos.
Inovar em novos conceitos de projeto e investir em novas ferramentas e tecnologias para obter produtos e processos com maior eficiência energética.
Fomentar uma mentalidade zero emissões, concentrando-se em questões de gerenciamento de mudanças, incluindo o destaque dos campeões de sustentabilidade na organização, a abordagem dos medos e da resistência dos funcionários, a requalificação e a introdução de novas habilidades necessárias para atingir as metas de zero emissões.
Ampliar a utilidade dos sistemas mecânicos com serviços digitalizados que oferecem novos recursos e funções conforme necessário.

Aproveitamento dos avanços dos fornecedores

A Analog Devices, Inc. (ADI) é uma empresa líder global em semicondutores, avaliada em US$ 12 bilhões (FY2023), que combina tecnologias analógicas, digitais e de software para unir os mundos físico e digital. Seus produtos ajudam a impulsionar os avanços em fábricas digitalizadas, automação predial, mobilidade e saúde digital. Ela está comprometida em atingir zero emissões até 2050 ou antes, reduzindo as emissões de carbono dos Escopos 1 e 2 em 50% até 2030 e redirecionando 100% dos resíduos das instalações de fabricação da ADI até 2030.

O objetivo da ADI é reduzir o consumo de energia, aumentar a vida útil dos ativos e reduzir o uso de matéria-prima por meio de controle de movimento com eficiência energética, monitoramento preciso da integridade dos ativos com baixo consumo de energia e detecção, atuação e controles inteligentes adaptáveis.

Com um extenso portfólio, a ADI oferece aos projetistas de produtos uma ampla variedade de componentes destinados a melhorar a eficiência energética em aplicações de automação industrial e edifícios inteligentes:

Acionamentos de velocidade variável: estima-se que os motores elétricos sejam responsáveis por cerca de 65% do consumo da eletricidade industrial.^[vii] Historicamente, a maioria desses motores é de dispositivos de velocidade fixa, e equipar todos eles com acionamentos de velocidade variável poderia reduzir o uso global de energia em até 10%.^[viii] As soluções de acionamento de velocidade variável da ADI incorporam detecção de corrente e tensão de alto desempenho, isolamento robusto, gerenciamento de energia de alta densidade e conectividade perfeita.

Os amplificadores de detecção de corrente de alta tensão e alta largura de banda, como o AD8410A e o AD8411A, realizam medições de corrente bidirecionais em um resistor shunt para fornecer feedback que pode melhorar o desempenho do acionamento e determinar a largura de banda e o tempo de resposta dos motores, garantindo que o motor esteja operando com eficiência máxima. O gerenciamento de energia em gabinetes menores é uma consideração importante do projeto. A ADI oferece circuitos integrados reguladores de chaveamento flyback, como o MAX17692, que detectam a tensão de saída isolada diretamente da forma de onda do lado primário do flyback durante a condução do retificador do lado secundário. Sem a necessidade de um amplificador de erro no lado secundário e de um optoacoplador, os projetistas podem economizar até 20% do espaço da placa de circuito impresso (PCI) em comparação com um conversor flyback tradicional.^[ix]

Codificadores de posição: motores servoacionados de alta eficiência com controle preciso de posição e torque podem otimizar o uso de energia, permitindo uma usinagem mais rápida de componentes complexos. A tecnologia de conversão e condicionamento de sinais de precisão da ADI mede com precisão sinais de pequena magnitude em ambientes industriais ruidosos. Os produtos da ADI ajudam no desenvolvimento de soluções de codificadores de posição de alto desempenho que proporcionam desempenho avançado de malha de controle, alta eficiência e tecnologia de gerenciamento de energia altamente integrada que pode reduzir o consumo de energia necessário no processo de usinagem e impulsionar o rendimento da fábrica.

As tecnologias da ADI podem ajudar a acelerar o tempo de colocação no mercado de soluções de codificadores de posição de alto desempenho. A empresa oferece soluções de cadeia de sinais de codificadores para sensores dos tipos óptico, magnético, resolvers e transformadores diferenciais de variação linear. O LDO (saída tripla, baixa queda de tensão) ADP320 apresenta baixa corrente quiescente, baixa queda de tensão e ampla faixa de tensão de entrada para alimentar todos os componentes em cadeias de sinal de codificadores ópticos e magnéticos.

Um diagrama de blocos simplificado do MAX32672 da ADI é mostrado na Figura 1. É um microcontrolador de 32 bits pequeno, de baixíssimo consumo de energia, altamente integrado e confiável, que permite projetos com processamento complexo de sensores sem comprometer a vida útil da bateria, e pode oferecer um caminho fácil e de custo ideal a partir de microcontroladores de 8 ou 16 bits de projetos antigos.

Figura 1: diagrama de blocos simplificado do microcontrolador MAX32672. (Fonte da imagem: Analog Devices, Inc.)

Os projetistas que incorporam codificadores em motores para dar suporte a recursos avançados de fabricação se beneficiarão dos fatores de forma reduzidos dos codificadores.

Gerenciamento integrado de energia: a ADI fornece soluções de gerenciamento de microalimentação altamente integradas em CIs de pegada compacta, incluindo reguladores de baixo ruído como o LT3029, para aplicações como reguladores lineares de uso geral, sistemas alimentados por bateria e fontes para núcleo/lógica de microprocessadores, bem como o LT3024, que é adequado para telefones celulares, modems sem fio e sintetizadores de frequência.

Conectividade confiável: a ADI oferece transceptores RS-485 “half” e “full duplex” para uma transmissão de dados confiável em altas taxas de dados. O ADM3066E e o ADM3067E, por exemplo, fornecem comunicação de dados bidirecional de alta velocidade de 50 Mbps em linhas de transmissão de barramento multiponto e apresentam uma impedância de entrada de 1/4 de unidade de carga que permite até 128 transceptores em um barramento. Os projetistas podem se beneficiar de várias placas de teste, como a EVAL-ADM3066EEBZ (Figura 2), para ajudar a avaliar e demonstrar os recursos desses transceptores.

Imagem da placa de teste EVAL-ADM3066EEBZ da ADI Figura 2: a placa de teste EVAL-ADM3066EEBZ da ADI tem uma pegada para o transceptor RS-485 “half-duplex” ADM3066EBRMZ em um invólucro MSOP de 10 terminais. (Fonte da imagem: Analog Devices, Inc.)

Controladores prediais: para tornar os edifícios novos e já existentes mais sustentáveis, são necessárias tecnologias de medição, conectividade e processamento para controlar o HVAC e a iluminação, detectar a ocupação e monitorar as condições ambientais. Isso gerará demanda por dispositivos de borda inteligentes para permitir a digitalização dos sistemas prediais.

Os sistemas de automação predial normalmente incorporam vários controladores e nós diferentes, cada um exigindo conectividade confiável. O ADIN1110 é um transceptor de porta única de baixo consumo de energia com uma interface de controle de acesso à mídia (MAC) integrada que requer menor consumo geral de energia no nível do sistema e tem monitoramento de alimentação de tensão integrado e circuito de reinicialização para melhorar a robustez no nível do sistema.

Os edifícios inteligentes precisam de um gerenciamento eficiente da energia na borda. O LTC4296-1 da ADI permite o fornecimento de energia “Power over Ethernet” (SPoE) de par único para controladores e switches 10Base-T1L, com transmissão de até 52 W de potência mais dados em um único cabo Ethernet de par trançado. O LTC9111 é um controlador de dispositivo de alimentação SPoE compatível com IEEE 802.3cg, particularmente adequado para sistemas baseados em classificação na automação predial e industrial.

Conclusão

A crescente demanda por sustentabilidade zero emissões até 2050 representa uma enorme oportunidade para produtos que apoiam a inovação na manufatura, novas ferramentas e o avanço de novas tecnologias. Embora o ano de 2050 possa parecer distante, os dados citados neste artigo ressaltam que as pressões governamentais, comerciais e sociais já estão fazendo com que muitas empresas incluam metas de carbono zero em 2050 e carbono neutro em 2030 em suas estratégias atuais. Em última análise, cada fornecedor provavelmente precisará mostrar o progresso em direção a essas metas. Os projetistas de produtos que incorporarem proativamente essas metas em seus planejamentos, processos e suprimentos de componentes poderão se beneficiar de uma das maiores transformações industriais de todos os tempos.

Recursos

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