בעידן המוגדר על ידי דחיפות אקלים, מחסור במשאבי, והחלפת נופים רגולטוריים, הנדסה ומחקר ופיתוח (R&D) המגזרים עומדים בפני לחץ גובר על מנת לדמיין כיצד חומרים מקורם, מעובדים ומנוצלים.חידושים חומריים בר קיימא עברו מתחומים ניסיוניים מוכחים כדי להפוך את העדיפות האסטרטגית של ארגוני חשיבה קדימה.

החשיבות האסטרטגית של חומרים בר קיימא ב R&D

חומרים בר קיימא מוגדרים על ידי יכולתם לספק ביצועים פונקציונליים תוך צמצום השפעות סביבתיות שליליות על פני כל מחזור החיים שלהם - ממיצוי חומרי גלם ייצור לשימוש, לרשות, ושימוש חוזר פוטנציאלי.בפרויקטים של R&D, ההחלטה לשלב חומרים כאלה היא כבר לא רק עמדה אתית; זה הכרחי עסקי חברות כי להטביע קיימות לתוך תהליכי הבחירה החומריים שלהם לעתים קרובות לראות יתרונות כגון עלויות תפעוליות מופחתות, חדשנות מוגברת, קיבולת, היערכות והתאמה חזקה יותר עם ציפיות צרכנים חזק יותר ויותר.

נהגי איכות הסביבה וההפצה

מסגרות רגולטוריות גלובליות מתדקות במהירות.תוכנית הפעולה הכלכלית של האיחוד האירופי, אחריות מפיק מורחבת (EPR) תוכניות ומנגנוני התאמות בגבול פחמן משכנעים ארגונים למדוד ולדווח על טביעת הרגל הסביבתית של המוצרים שלהם.בארצות הברית, הסוכנות להגנת הסביבה (EPA) הציגה הנחיות לניהול חומרים בר קיימא.FLT:0 למדות יותר על חומרים לניהול חומרים בת קיימא של ניהול חומרים של EPA,R-1 ו-D.

יתרונות כלכליים ומתחרותיים

בעוד עלויות העמידות של חומרים בר קיימא יכול להיות גבוה יותר, ניתוחי עלות מחזור חיים לעתים קרובות לחשוף חיסכון נטו.קלוד ביו המבוססים על אור, למשל, להפחית צריכת האנרגיה ביישומים תחבורה.ממת מתכות ופלסטיקים דורשים בדרך כלל פחות אנרגיה לעבד מאשר בתות שוות ערך.

קטגוריות מפתח של חומרים בר קיימא Transforming R & D

הנוף של חומרים בר קיימא הוא מגוון, המשתרע על פני פולימרים, קרמיקה, מתכות, ומפרקים. להלן כמה קטגוריות אשר צוברות מתחים בפרויקטים הנדסיים של R&D, כל אחד עם תכונות ויישומים נפרדים.

Biodegradable Polymers

מקור מקורות ביומסה מתחדשים כגון עמילן תירס, סוכרקני או אצות, פלסטיק מבוסס ביולוגית (למשל, חומצה פולילאקטית או PLA, פולי הידרוקסיאלקנאוט או PHAs) מציעים תלות מופחתת בדלקים מאובניים (למשל, חומרים ביו-מצטברים בתנאים של הדבקה תעשייתית, טיפול באסונות פלסטיק וקבוצות DD הם חקרוכימיות כדי לשפר את התכונות שלהם, אלקטרוניקה מסורתיים, ויציבות פנימית, עם מגבלות מגנטית, ויציבות פלסטיק.

חומרים ממוחזרים ומחוספסים

תוכן ממוחזר לאחר-תעשייתי הופך לסטנדרט בתעשיות רבות.Recycled אלומיניום, למשל, דורש 95% פחות אנרגיה לייצר מאשר אלומיניום ראשוני, בדומה, סיבים פחמן ממוחזרים מפותחים עבור יישומים בעלי ביצועים גבוהים בתעשיית המזון והספורט. Upcycling - ביטול חומרי פסולת למוצרים של ערך גבוה יותר - הוא גבול מתפתח.

ירוק Ceramics ו- Low-Impact מינרלים

ייצור קרמיקה מסורתי הוא אנרגיה אינטנסיבית ולעתים קרובות מסתמכ על חומרים גלם שאינם ניתנים לחדש. קרמיקה ירוקה משתמשת כובלים חלופיים, טמפרטורות ירי נמוכות יותר, או משלבת זכוכית ממוחזרת ומוצרים תעשייתיים כמו זבובים. Geopolymers, למשל, הם סוג של פולימרים אורגניים שניתן לרפא בטמפרטורות ממושכות, חיתוך פליטות פחמן R&D הם שילוב חומרים מבניים, ורכיבי עמידות כימיים קריטיים.

ננו-חומרים מתקדמים ליעילות

ננוטכנולוגיה מאפשרת שיפורים דרמטיים ביעילות החומרית. Graphene, צינורות פחמן, וננולוז יכול לחזק פולימרים בטענות נמוכות מאוד, צמצום השימוש החומרי הכולל תוך שיפור כוח, התנהגות, או תכונות מחסום. במגזר האלקטרוניקה, ננו-חומרים מאפשרים לדל, מכשירים קלים יותר כי צורכים פחות כוח.R & D פרויקטים חייבים להעריך בזהירות את ההשלכות הסביבתיות והבריאות של ננו-חומרים עצמם, המבטיחים את היתרונות שלהם לא יעילים חדשים (LC) הם סיכונים חדשים.

אתגרים נוספים לאימוץ נרחב

למרות יתרונות ברורים, הדרך לשלב חומרים בר קיימא לתוך R&D היא מוטרדת עם מכשולים.זיהוי ותגובה אקטיבית לאתגרים אלה היא חיונית עבור כל ארגון המחויב לחדשנות בת קיימא.

גדרות פיננסיות והשקעות

חומרים בר קיימא לעתים קרובות לשאת עלויות יחידות גבוהות יותר בגלל גודל הייצור המוגבל, שרשראות אספקה לא בוגר, ואת הצורך בציוד עיבוד מיוחד.R & D תקציבים הם בדרך כלל מוגבל, וצוותים עשויים להתמודד עם קשיים להצדיק חומרים פרמיה ללא תשואה לטווח קצר על ההשקעה. כדי להתגבר על זה, ארגונים צריכים לאמץ את העלות הכוללת של הבעלות (TCO) מודלים אשר אחראים להטבות ארוכות טווח כגון דמי פסולת מופחתים, עלויות אנרגיה נמוכות יותר, והימנעות מתשלום תשלומים חשמליים, בנוסף עלויות רגולטורים, וכן מתשלום עלויות גבוהות יותר, בנוסף.

בעיות טכניות והתאמה

חומרים בר קיימא רבים מציגים התנהגויות מכניות, תרמיות או כימיות שונות בהשוואה חלופות קונבנציונליות.פלסטיק מבוסס ביולוגי עשוי להיות טמפרטורה נמוכה יותר של טמפרטורות חניכיים חום; מסובייק ממוחזר עשוי להראות אוריינטציה סיבים לא עקביים.הבדלים אלה דורשים צוותים R&D להשקיע בבדיקות נרחבות, חידוש של תבניות, הסתגלות של תהליכי הרכבה, ואימות בתנאים של העולם האמיתי.

שרשרת אספקה ו-Salability Constraints

מקורות מיקור אמין של חומרים בר קיימא נשאר צוואר בקבוק.ספקים עשויים להיות קטנים, מרוכזים גיאוגרפית, או לא מסוגלים להבטיח איכות עקבית ונפח.סיכון זה הוא מוגבר לחומרים חדשניים שעדיין לא הגיעו למעמד של סחורות.חברות יכולות להקטין את זה על ידי יצירת שותפויות אסטרטגיות - או אפילו להשקיע ביכולת הייצור שלהם - עבור חומרים קריטיים המצטפים אפשרויות מיקור חוץ ולשמור על מניות של buffer הם טקטיקות נוספות.

שיטות טובות ביותר עבור Integrating חומרים בר קיימא לתוך זרימת עבודה R & D

אימוץ מוצלח של חומרים בר קיימא דורש גישה שיטתית, שלבית המטביעה שיקולי קיימות בשלבים המוקדמים ביותר של פיתוח המוצר.

הערכה מוקדמת של Lifecycle

ביצוע הערכה מחזור חיים (LCA) במהלך שלב הרעיון עוזר לצוותים להבין את ההשפעה הסביבתית המלאה של אפשרויות חומריות - החל ממיצוי חומרי גלם ועד סוף החיים. LCA כלים כגון GaBi, SimaPro, או OpenLCA לאפשר למהנדסים להשוות חלופות לזהות נקודות חמות.המטרה אינה לייעל עבור מדד יחיד (למשל פחמן), אלא להשיג שיפורים מאוזנים על פני מים, שימוש בחומרים, כדי להבטיח פרמטרים של אנרגיה, אם כי לא ניתן לטפל בפרמטרים.

שיתוף פעולה בין-Functional

R&D לא יכול לנהוג בקיימות חומרית בבידוד.Procurement, שרשרת האספקה, הייצור, המחלקות המשפטיות והשיווקיות חייב לעבוד יחד מההתחלה.לדוגמה, צוותי רכש יכולים לזהות ספקים מוסמכים; מהנדסי הייצור יכולים להעריך שינויים בתהליך; משפטי יכול לנווט דוחות רגולטוריים; שיווק יכול לתקשר את סיפור הקיימות ללקוחות.

פרויקט טייס וקידום מהיר

לפני ביצוע שינוי חומרי בקנה מידה מלא, ארגונים צריכים לשגר פרויקטים של טייסים המאמת ביצועים, תאימות, ועלות.שימוש בטכניקות יעילות מהירות - כגון הדפסה תלת מימדית עם צינורות ביו-דמיים או CNC מאצ'ינג ממניה ממוחזרת - ניתן לבצע בדיקות רציונטיביות ללא עיכוב הון משמעותי.תוצאות הפיילוט לספק נתונים קונקרטיים כדי לבנות מקרים עסקיים פנימיים, והם לטפח תרבות של סיפורי הצלחה מטייסים יכול להיות בקנה מידה רחב יותר.

שיתופי פעולה והסמכת

מעורבות פרואקטיבית עם ספקים חומריים היא חיונית.צוותי R&D צריכים לחפש שותפים המציעים שקיפות בתהליכי המיקור והייצור שלהם. הסמכת כגון Cradle to Cradle, USDA BioP מועדפים, ו- FSC (עבור חומרים המבוססים על עץ) לספק אימות של צד שלישי.שיתוף מוקדם עם ספקים מוביל לעתים קרובות הזדמנויות לפיתוח משותף, מחירים טובים יותר, וגישה לחומרים קנייניים זה גם עוזר de אספקת סיכונים לטווח ארוך פרוטוקולים.

מחקרים מוצלחים של יישום מוצלח

דוגמאות בעולם האמיתי מראות את האפשרות ואת היתרונות של אימוץ חומרים בר קיימא בהנדסת R & D.

(FLT:0) קטר קל משקל עם סיבים פחמן ממוחזרים.BuildFLT:1) A מוביל ציוד OEM רכב שותף עם סטארט אפ חומרים לפתח סיבים פחמן ממוחזרים המורכבים עבור לוחות גוף לא-מבנה.הפרויקט דרש התחדשות נרחבת של סיבים היערכות ומערכות רזין כדי להתאים את הנוקשות של פחמן בתולה.לאחר שנתיים של R&D, החומר השיג ירידה של 40% בגל אנרגיה בהשוואה ל- 15 ק"ג'י פחמן, שימושים בשימוש כיום על ידי שימושים מרובים של פחמן.

(FLT:0 â € ¢mer אריזות אלקטרוניקה מפסולת חקלאית.06.10) יצרנית אלקטרוניקה רב-לאומית החליפה את הפוליסטרון הרחבה (EPS) קצף קצף עם אריזה סיבים מעוצבים המיוצרים מדגמי סוכרקניות ותות חיטה.R & D מהנדסים עבדו עם ספקים כדי לייעל את צפיפות והתנגדות לחות, להבטיח את סטנדרטי הניסויים שאושרו על ידי יותר מ -2,000 טון של פסולת חקלאית מ-ידי אספקת מזון ו-8% מ-ידי חברת ה-ידי חברת ה-EPS בלבד.

(FLT:0Building insulation from ממוחזרים denim.cioFLT:1) יצרנית אינסטלציה רפורמה קו המוצר שלה כדי להשתמש בגרדות ג'ינס לאחר נצפים כחומר הגלם העיקרי במקום סיבים. R & D צוותים היה צריך להתאים את הנוסחאות החוזרות באש וסוכני האג"ח כדי לשמור על ביצועים תרמיים (R-value) ובטיחות וכתוצאה מכך המוצר הביא לירידה של 18 חודשים, לא ניתן להתקין מחדש של פחמן (ראו מחדש)

עתיד החומרים הקיימא בהנדסה R&D

במבט קדימה, כמה מגמות נועדו להאיץ את אימוץ של חומרים בר קיימא.אינטליגנציה מלאכותית (AI) ולמידה מכונה מועסקים כדי לחזות נכסים חומריים ותוצאות LCA, המאפשרת הקרנה מהירה יותר של אלפי פורמולות של מועמדים.דרכונים חומריים דיגיטליים שעוקבים אחר הרכב ומחזוריות יהפכו לסטנדרט, תוך מתן שרשראות אספקה סגורות-פרצומחומוניזציה ממונעת לייצור, ואפילו חומרים מבניים של ייצור.

עקרונות עיצוב מעגליים יכתיבו יותר ויותר אפשרויות חומריות.עיצוב לדיסבומברליות, מודולריות, ומהנדסי מחזוריות לבחור חומרים שניתן להפריד בקלות ולעבד מחדש.שינוי זה ידרוש עבור ניגודים מונו-חומריים, דבקות בלתי הפיכות, ותוספים המבוססים על ביו שאינם מלוכדים מחדשים, כמו הדרישה של האיחוד האירופי למחזורים מתקדמים יותר, עד 2030, כמו דרישות נוספות, כדי לדחוף לתוך חומרים מתקדמים, על ידי הזרם המרכזי, או חומרים אלה, על ידי הזרם המרכזי, כמו גם על ידי אריזות, על ידי הזרם המרכזי, כמו גם על ידי הזרם המרכזי של האיחוד האירופי, כמו גם על ידי , כמו גם על ידי אריזות, כמו גם על ידי התחדשות, על ידי , על ידי זרם מחזורי תיבות של 2030, על ידי , על ידי זרם מחזורי תיבות של כל אלה יהיה לדחוף קדימה, על ידי התחדשות, על ידי זרם מחזורי תיבות של כל אלה יהיה לדחוף קדימה, על ידי זרם מחזורי, על ידי זרם מחזורי תיבות של 2030, על ידי זרם מחזורי תיבות של 2030, כמו גם על ידי זרם מחזורי תיבות של 2030, כמו גם על ידי אריזות, כמו גם על ידי התחדשות גבוהה יותר, כמו גם על ידי זרם מחזורי

מסקנה

אימוץ החידושים החומריים בר קיימא בפרויקטים הנדסיים R&D אינו רק צורך סביבתי - הוא יתרון אסטרטגי.מפולימרים המבוססים על ביולוגית ומרוקחים ממוחזרים לקרמיקה ירוקה וננו-חומרים, האפשרויות הזמינות למהנדסים מתרחבות במהירות.האתגרים של קבוצות עלות, תאימות ואמינות שרשרת האספקה הם אמיתיים, אך הם יכולים להתגבר על גישות שיטתיות, שיתוף פעולה חוצה פונקציונלי, ומחויבות לחיים מחזוריים, אשר לא ייקחו את עצמם רק את המיקום המעגלי עצמם.