减碳划重点|5%的研发成本究竟可影响多少碳排放量?

作者:梁乐华、汪小帆、潘蕾、Stephan Fuchs、Stephan Mohr

纵观各行各业,低碳减碳已是大势所趋。面对监管与投资方的压力以及消费者偏好的改变,企业皆在减少自身活动对环境的负面影响。对许多企业而言,设计、采购及供应链环节是碳排放的“主力军”。以全新的视角看待上述环节,在保证产品性能与质量达标(甚至超标)的同时,力减产品全生命周期内的资源消耗,建立可持续的供应链管理体系并落地保障机制,已成为各行各业的当务之急。

为此,我们希望围绕低碳制造这一主题,从不同环节分享经验洞见,深入分析可持续发展的工具方法与系统机制,供企业参考。本文为该主题的上篇,将聚焦产品设计环节展开探讨。

受两大因素的推动,设计对企业的可持续发展愈发重要。第一大因素是得益于技术进步,产品生命周期的排放量正从运营端向生产端转移。这种转移的部分原因是,用户对产品的性能提出了更多要求,企业在生产时需要消耗更多的物料。另一原因是,技术带来的运营效率提升势必会增加产品的复杂性。譬如,相较于老式燃气或燃油锅炉,家用热泵需要更多材料;新一代高效电动机虽然能耗较低,但消耗的铜和稀土磁铁等碳密集型材料也更多;在生产用于优化电机控制的变频驱动器时,也需要专用的电路和半导体元件。

这种排放转移在乘用车的转型上最为典型。从内燃机转向电力驱动后,乘用车的整个生命周期排放都发生了改变。研究发现,柴油车的生产环节约占总碳排放的20%,其余80%基本都来自于尾气排放。相比之下,电动车在使用时虽然较为清洁,但电池生产需要消耗额外的碳密集型材料。如果电动汽车的电力来自于化石燃料,则生产在电动车整个生命周期中的碳排放占比为45%;如果只使用可再生能源充电,这一数字将升至85%(见图1)。

第二大因素是人们愈发认识到,要想减少未来产品和服务的碳足迹,最有效、最经济的方法就是优化设计。长久以来,设计决策始终是产品制造、使用和维护成本的主要决定因素。这一点对可持续性同样适用。

设计对可持续性的影响是多方面的。低碳的设计通常用料更少,与碳足迹较高的原生材料相比,也更倾向于选择更环保的回收材料或生物基替代材料。譬如,某消费电子企业在其设计环节广泛应用生物基塑料,其中超过 30% 成分提炼自蓖麻油,相对传统塑料,减少了 超过60% 的二氧化碳排放;某汽车企业在旗下绿色车型研发过程中秉承生态造车理念,车漆和内饰部件大量采用高可再生环保材料,在减少碳排的同时也从源头杜绝了车内污染。

打造可持续的研发职能

领先组织的研发团队已在力争提升可持续性,并取得了丰硕成果。然而,许多企业的研发部门都面临一大关键挑战,即如何在控制成本、满足客户变化的需求,以及打造差异化产品的同时,提升产品和服务的可持续性。

企业管理层普遍认为,有效管理可持续发展带来的复杂问题,是高成熟度研发企业的未来发展方向。部分企业已于近年大幅提升了自身能力。譬如,设计理念已从传统的“成本导向型设计”(design-to-cost)转为“价值导向型设计”(design-to-value),以最具成本效益的方式,为客户提供最重要的产品性能。更多的企业在数字化方面取得了长足进步,在新型工具和数据源的助力下,产品研发速度和结果都得到了大幅改善。

长久以来,设计决策始终是产品制造、使用和维护成本的主要决定因素。这一点对可持续性同样适用。

“面向可持续性的设计”(Design for Sustainability,简称DfS)是上述做法的延伸。在该理念下,企业需要调整现有工具,开发新工具,并升级研发职能的基础设施和能力(见图2)。

为了大规模推行DfS,企业可围绕研发职能回答三个问题:一是如何重塑资源使用方式,适应不断变化的监管要求,遵循循环原则,发挥客户洞见的作用?二是如何理解、跟踪设计决策带来的排放和成本影响,实现可持续发展目标?三是如何培养正确的观念与能力,将可持续性融入产品和设计决策之中?下文将逐一探讨这三个问题。

全局审视价值链

改善可持续性的一大关键,是围绕整个价值链做出改变。领先公司会从一开始的设计环节便通盘考虑可持续性,审视各个环节的碳排放情况与减碳机会,包括供应商、生产制造、渠道运输、产品包装、终端使用,甚至是报废与回收。他们会与客户、供应商及价值链上的其他利益相关者沟通,观察他们的行为,并基于得到的洞见来优化产品。

以某快餐公司为例,为了减少各大门店的包装浪费,设计团队对价值链进行了全局审视。他们发现,为了保护转运过程中的商品,员工会对出厂产品进行额外包装,从而产生大量的资源浪费。受此启发,该公司对包装价值链进行了全面重塑。他们开发了一种美观且资源消耗较少的可回收包装,能将产品安全送至消费者手中。此外,公司还使用了一些轻质可回收容器,在转运过程中对产品提供额外保护。这些举措帮助该公司减少了18%的包装浪费,流向垃圾填埋场的废料比例也因此降低,供应链整体的温室气体排放量也减少了三分之一。

积极使用分析工具

可持续设计充满了复杂的权衡与考量。比如,用回收材料取代原生材料固然会减少产品碳足迹,但若回收工厂的位置较为偏远,运输环节的排放可能会抵消此前产生的效益。因此,设计团队在做类似决策时,需要以各种材料和制造方案的碳排放量、成本及风险等数据为支撑。此外,能够精准、快速比较各类选项的分析工具也必不可少。

此类分析工具正不断涌现。譬如,“资源白纸分析法”(Resource cleansheets)对成熟组织此前使用的“成本建模法”进行了延伸,进一步细化了设计和采购流程的影响(见图3)。考虑到产品和流程模型采取了自下而上的分析方式,纳入温室气体排放这一指标后,公司可对比不同设计、制造和供应链方案的碳足迹。此外,他们还能与最佳实践进行对标,改进现有方法。

考虑到材料和制造成本也在数据源中,企业可以利用“资源白纸分析法”识别双赢机遇,在减排的同时实现降本。有些方案虽然能够减少碳排放,但成本相对较高。针对这些方案,“资源白纸分析法”可直观呈现它们的相对价值。

有了严谨的颗粒化分析方法,再辅以创造性的方案,企业可解锁更环保、更经济、更具价值的解决方案。譬如,某大型鞋业公司基于“资源白纸分析法”, 重新设计了所有产品的包装。优化包装盒设计,改用再生纸板,减少印刷面积和颜色数量后,产品包装盒的碳足迹减少了近一半。这些变化也带来了近20%的成本节约。公司若对节省下来的部分资金进行再投资,使用生物基替代物而非传统油墨,则可进一步减少9%的碳足迹(见图4)。

从该案例中不难看出,组织决策可切实影响包装带来的碳排放量。譬如,某些设计需要特殊的工装。工装本身便带来了大量碳排放,而由于包装设计的调整,这些工装往往在报废之前便被弃用。减少设计变更,便能显著降本减排。

推动能力建设落地

第三大要素涉及组织架构、资源和能力的建设,以支持研发职能部门的DfS举措(见图5)。如何让可持续改进举措落地,是研发部门领导面临的一项共同挑战。工程师不仅缺乏评估工具来选择合适的举措,自身也不具备相关知识来推动举措的落实。

不少企业克服上述挑战时进行了“责任聚焦”,设立了专项负责部门/人。有些企业打造了一个卓越中心,支持公司各部门的可持续发展;有些则委任了一些“可持续发展大使”,在业务部门推行可持续发展举措。卓越中心会使用“资源白纸分析法”等新工具,收集和维护相关数据,协助组织围绕可持续发展做出更好的决策。此外,卓越中心也会与研发部门领导合作,将可持续性纳入正式研发流程。

为了帮助研发人员有效使用新工具和新流程,企业需要投资推动能力建设。能力建设需覆盖多个层级,譬如帮助高管层熟悉可持续发展主题,为设计和工程人员提供生命周期分析,以及“资源白纸分析法”的深入培训等。

最后一步,是跟踪可持续发展举措的进程,并将其纳入研发绩效管理。这就要求企业调整自身的衡量标准、目标和激励制度,确保这些指标与公司的可持续发展目标保持一致。

***

千里之行,始于足下。企业在践行低碳减碳,推动产品全周期可持续性时,迈好设计这一步至关重要。进入采购及供应链环节后,企业又将如何提高可持续性?我们将在下篇中进行深入探讨,敬请期待!

作者:
梁乐华是麦肯锡全球董事合伙人,常驻上海分公司;
汪小帆是麦肯锡全球董事合伙人,常驻上海分公司;
潘蕾是麦肯锡咨询顾问,常驻上海分公司;
Stephan Fuchs是麦肯锡资深专家,常驻慕尼黑分公司;
Stephan Mohr是麦肯锡全球董事合伙人,常驻慕尼黑分公司
作者感谢杨博、王颖杰、陆一露、张珊、苏沁羽对本文的贡献。

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THE END
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