الاتجاهات المستقبلية في وضع نظام لووبات مغلق

الاتجاهات المستقبلية في وضع نظام لووبات مغلق

إن نظم الحلقة المغلقة تعيد تشكيل إدارة الموارد الصناعية أساساً بالاستعاضة عن نموذج " التخلص من المواد " الخطي الذي يتواصل دورات استرداد المواد والطاقة، وتهدف هذه النظم إلى إبقاء الموارد دائرية داخل حدود الإنتاج، والحد بشدة من النفايات والمدخلات الخارجية، وتزيد الضغوط البيئية المتسارعة، وتقلبات المناخ، وتفضيل الطلبات التنظيمية إلى تطور حلقة العمل من خلال تعميم هندسي إلى أولوية استراتيجية().

المهندسة التكنولوجية: آي، إيوت، والمواد المتقدمة

الاستخبارات الفنية من أجل تحقيق الاستخدام الأمثل الديناميكي

:: أصبحت المعلومات الاستخبارية ذات الطابع الأساسي من نظم المعلومات المغلقة المتقدمة.

التوائم الرقمية من أجل محاكاة النظام

ويمكن لمصانع إعادة التصنيع بالسيارات أن تحاكي التغيرات في نوعية المواد الوسيطة، أو أسعار الطاقة، أو أهداف الإنتاج، وتحديد استراتيجيات المراقبة المثلى قبل التنفيذ، وقد تعاونت شركة Siemens و Microsoft على منابر رقمية مدمجة لبيانات الـ 30 في المائة من نماذج التنفيذ الذاتي في الوقت الحقيقي.

شبكة الإنترنت لأشياء من أجل الرؤية الجمردية

(أ) توفر شبكة الإنترنت للأشياء البنية التحتية الحسية لرصد الثغرات في الوقت الحقيقي، وتُستخدم أجهزة الاستشعار اللاسلكية التي تُدمج في خطوط الإنتاج، وشبكات اللوجستيات، ومجاري جمع النفايات في تتبع الموقع، والوضع، وتكوين المواد التي تنتقل عبر الحلقة.

المواد المتقدمة المصممة للتعريف

وتُعدّ المواد العلمية ابتكارات تتيح مباشرة زيادة كفاءة الحلقات، وتمتدّ البوليمرات ذاتية عمر المنتج عن طريق إصلاح المسارات الدقيقة آلياً، مما يقلل من ترددات المعالجة، وقد استحدث الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مادة ذاتية التلقيم تستخدم كعوامل مصغرة من عوامل التكرار، وتُحدث عمليات بيولوجية.

تعميق نموذج الاقتصاد العلماني

من إعادة التدوير إلى التجديد والتصنيع

وقد أحرز الاقتصاد الدائري تقدماً يتجاوز إعادة التدوير الأساسية نحو استراتيجيات ذات قيمة أعلى: إعادة التجديد، وإعادة التصنيع، وتوسيع نطاق الإنتاج في المستقبل، بحيث لا تُعطى النظم الحديثة المغلقة " النهب داخل الحلقات " ، كما أن هذه المواد والمكونات التي تُستخدم في عمليات التجهيز النهائي هي التي تُستخدم في إطار نظام " التحديث " ، حيث تُصمم مجموعات البطاريات الكهربائية في إطار نماذج الصيانة النهائية " .

دورة بيولوجية وسلسلة تقنية

ومن الاتجاهات الحاسمة في المستقبل التكامل المتعمد للدورات البيولوجية والتقنية في نفس نظام الحلقات المغلقة، حيث تلتقط شبكات التكافل الصناعي حرارة النفايات أو ثاني أكسيد الكربون من التصنيع وتغذيتها في زراعة الطحالب أو عمليات الاحتباس الحراري، ويمكن عندئذ معالجة الطحالب في نظم الصقل الأحيائي أو الزراعة الأحيائية، وتغلق حلقة مشتركة بين المواد والطاقة، وتتطور محطات معالجة مياه الفضلات في نفس الوقت

قياس وإثبات العلمانية

ومن أجل دفع عملية التبني، يجب أن تظهر نظم النقاش المغلقة تعميما قابلا للقياس، حيث أن المعايير الناشئة مثل سلسلة " إلين " 59000 توفر أطرا لتقييم التعميم المادي، وكفاءة النظام، والآثار البيئية الصافية.

تكامل الطاقة المتجددة: الطاقة الكهربائية المستدامة

Decarbonizing the Energy Input

(ب) أن نظام " التدوير " المغلقة لا يمكن أن يكون مستداماً إلا بقدر ما تكون الطاقة التي تدفعها، وقد اعتمد تاريخياً على إعادة تدوير وإعادة تصنيع الشبكات، وكثيراً ما يكون ذلك من مصادر أحفورية، وسيؤدي التطور المقبل إلى إعطاء الأولوية للتكامل المباشر المتجدد: صفائف الشمسية ذات القدرة الكهربائية على التوليد، والهيدروجينات في المراكز اللوجستية، والغازات الأحيائية من مرافق فرز النفايات العضوية التي تعمل بالطاقة الكهربائية والتي تبلغ طاقتهاً 5 في الموقع.

تخزين الطاقة الحرارية لعملية Heat

وتحتاج عمليات عديدة من عمليات الاختراق الصناعي إلى حرارة ثابتة للجفاف أو الذوبان أو ردود الفعل الكيميائية، ويمكن أن تؤدي نظم تخزين الطاقة الحرارية باستخدام مواد مثل الملح المبتدئ أو مواد التغيير التدريجي إلى تخزين فائض الحرارة المتجددة أثناء توليد الذروة وإطلاقها عند الطلب، فعلى سبيل المثال، يمكن أن يشحن موقع تجميع حراري جديد في اليوم، مما يتيح لمصنع إعادة تدوير يعمل في الليل دون حرق الوقود الأحفوري(10).

النفايات إلى الطاقة كجسر مقفل

ولا يمكن إعادة تدوير جميع النفايات اقتصادياً أو تقنياً، فبالنسبة للقطع المتبقية، يمكن أن تؤدي تكنولوجيات التوليد المتطورة من النفايات إلى الطاقة، والتحلل الحراري، وعمود القوس البلازما، إلى استعادة الطاقة، مع الحد من حجم النفايات، كما أن الحلقات المغلقة في المستقبل ستعالج WtE ليس كنقطة نهاية للتخلص بل كعنصر متكامل: الطاقة من عمليات إعادة تدوير القوى غير القابلة للتدوير()

Energy Communities and Peer-to-Peer Trading

فالحدود التالية تشمل ربط نظم متعددة من حلقات العمل المغلقة بجماعات الطاقة، إذ أن تجارة الطاقة من الأقران إلى الإنترنت التي ترتكز على البلوكشاين تتيح للمرافق التي يوجد فيها فائض من الطاقة المتجددة بيع الكهرباء لعمليات الجيران في الوقت الحقيقي، وعلى سبيل المثال، فإن محطة إعادة تدوير الزجاج ذات الطاقة الشمسية يمكن أن تبيع فائضا في الطاقة في منتصف النهار إلى مرفق مجاور لتجديد شبكات البطاريات، وهذا التبادل المحلي يقلل من خسائر النقل ويخلق حوافز اقتصادية لموازنة بين نماذج الإمداد والطلب في إطار سلسلة من انخفاض أسعار الصرف الافتراضية.

المفاوضون القادمون: السياسات والاقتصاد والثقافة

سائقو ومحفزات تنظيمية

إن السياسة الحكومية هي عامل حفاز قوي، إذ أن خطة عمل الاقتصاد الدائري للاتحاد الأوروبي، وخطط المسؤولية الموسعة للمنتجين، وآليات تسوية حدود الكربون، ستنشئ حوافز مالية مباشرة لاعتماد حلقات مغلقة، وفي الولايات المتحدة، تضع الاستراتيجية الوطنية لإعادة التدوير أهدافاً طموحة لإعادة التدوير والهياكل الأساسية، ويقضي قانون تعزيز الاقتصاد الدائري الصيني بفرض رسوم على المركبات الصناعية في الحدائق الصناعية الصناعية.

Economic Viability through Scale and Digitization

أما التكاليف الرأسمالية المرتفعة فلا تزال حاجزاً، ولكن التوأم الرقمي، والتصاميم الآلية، والتصميمات النموذجية، فهي تخفض تكاليف التشغيل، ويتيح التوأم الرقمي للمشغلين محاكاة تشكيلات النظام قبل التشييد، ويقلل من أخطاء التصميم، والوقت اللازم لإصداره، ويمكن أن توزع وحدات إعادة التدوير المتحركة ذات الجودة الحاوية بصورة تدريجية، وتقابل القدرة على توفير المواد الوسيطة، وتتيح زيادة الإيرادات عند بلوغ الأسواق مرحلة النضج.

الدفاتر الثقافية والتنظيمية

فالتكنولوجيا والاقتصاد وحدهما غير كاف، فالتطور الناجح للحلقات يتطلب تغييرا ثقافيا عبر المنظمات وسلاسل التوريد، ويجب على المصممين أن يعتمدوا تفكيرا دائريا من المراحل المفاهيمية الأولى؛ ويجب على مديري المشتريات أن يثمنوا نوعية مادية على أقل الأسعار؛ ويجب على العملاء أن يتقبلوا نماذج خدمات المنتجات على الملكية؛ كما أن اتحادات الصناعة مثل منهاج عمل المنتدى الاقتصادي العالمي لرسم مستقبل الصناعة المتقدمة في تعزيز التعاون بين القطاعات.

The Road Ahead: Autonomous, Resilient, and Regenerative Systems

فالطريق الطويل الأجل إلى التشغيل المستقل تماماً، حيث تدير منظمة العفو الدولية تدفقات المواد، وتوازن الطاقة، والصيانة بأقل قدر من التدخل البشري، وستمتد القدرات الافتراضية إلى ما يتجاوز حلقات فرادى الأسواق المادية الإقليمية والعالمية، مما يتيح للنظم الاستجابة الدينامية للإشارات السعرية، أو انقطاع الإمدادات، أو التغييرات التنظيمية، وسيتعزز القدرة على التكيف من خلال مسارات التكاثر، ويوزع عدم حدوث أي ضرر في إعادة تدوير المواد.

أما الصناعات التي تعتنق هذه الاتجاهات في مرحلة مبكرة من السمع والإلكترونيات والطريقة والبناء - سوف تكتسب ميزة تنافسية في عالم مدرّب على الموارد، وفي حين تظل التحديات قائمة حول توحيد البيانات، وتكاليف رأس المال، وسلوك المستهلك، فإن الاتجاه واضح، فنظم الحلقة المغلقة في الغد ستكون أذكى وأكثر تكاملا وأكثر مرونة، وتتمتع بصلاحية الوكالة، وتستمر بمتجددات، وتسترشد بمواقف اقتصاد دائري يتعامل مع النفايات ببساطة كمورد.