Vai mēs varam radīt rītdienas izrāvienus?

Ražošana Amerikas Savienotajās Valstīs ir grūtībās. Tās ir sliktas ziņas ne tikai valsts ekonomikai, bet arī inovāciju nākotnei. Autors

• Deivids Rotmans arhīva lapa

2011. gada 19. decembris

Angāram līdzīgā ēkā, kur General Electric savulaik montēja tvaika turbīnas, tiek būvēta 100 miljonu dolāru vērta akumulatoru ražotne, lai ražotu produktus, izmantojot ķīmisku vielu, kas nekad agrāk netika tirgota tik plašā mērogā. Nātrija-metāla halogenīdu baterijas, ko tas ražos, dažu pēdējo gadu laikā ir pārbaudījusi un optimizējusi materiālu zinātnieku un inženieru komanda GE plašajā pētniecības centrā, kas atrodas tikai dažu jūdžu attālumā. Tagad daži no tiem pašiem pētniekiem ir atbildīgi par šo rezultātu reproducēšanu ražotnē, kas ir pietiekami liela, lai tajā varētu ievietot trīsarpus futbola laukumus.

Inženieri ir pārcēlušies no bukoliskās izpētes centra, kas atrodas uz kalna ar skatu uz Mohawk upi, uz ražošanas vietu, kas piekļaujas upei Šenektādi, Ņujorkas štatā, strādnieku šķiras pilsētas malā, kas savos ziedu laikos bija pazīstama kā Electric. Pilsēta. Tur viņi pārrauga robotikas, augstas temperatūras krāšņu un analītisko iekārtu uzstādīšanu un testēšanu, kas uzraudzīs ražošanas procesu. Jaunajās baterijās kā elektrolīts tiek izmantota uzlabota keramika slēgtā metāla korpusā, kas satur niķeļa hlorīdu un nātriju; tehnoloģija sola uzkrāt trīs reizes vairāk enerģijas nekā svina-skābes akumulatori, ko izmanto datu centros, lieljaudas elektriskajos transportlīdzekļos un rezerves jaudai. Bet gandrīz viss var noiet greizi. Ja, piemēram, daļiņām, kas veido keramiku, ir nevienmērīgs izmērs vai tās nav pareizi izžāvētas, akumulatora veiktspēja var pasliktināties. Tas nozīmē, ka apstākļi milzīgajā rūpnīcā ir stingri jākontrolē, un vairāku tonnu ierīcēm ir jāatbilst laboratorijas aprīkojuma precizitātei. Tas nav paredzēts vājprātīgajiem, saka Mihaels Idelčiks, GE progresīvo tehnoloģiju viceprezidents.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2012. gada janvāra numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

GE rūpnīca ir viena no daudzajām iekārtām visā valstī, kas ražo jaunas tehnoloģijas strauji augošiem progresīvu akumulatoru, elektrisko transportlīdzekļu un saules enerģijas tirgiem, taču šie centieni nevar novērst realitāti, ka ASV ražošanas nozare ir nonākusi grūtībās. Pēc gadu desmitiem ilgas ražošanas ārpakalpojumu izmantošanas, cenšoties samazināt izmaksas, daudzi lielie uzņēmumi ir zaudējuši zināšanas par sarežģītiem inženierijas un projektēšanas uzdevumiem, kas nepieciešami, lai palielinātu mērogu un ražotu mūsdienu inovatīvākās jaunās tehnoloģijas, nemaz nerunājot par apetīti ar risku.

Solī: Galvenā GE akumulatoru ražošanas procesa sastāvdaļa ir keramisko cauruļu izgatavošana, kas darbojas kā elektrolīts. Baltās caurules virzās lejup pa montāžas līniju, kur tās tiks noslēgtas, lai pabeigtu keramikas montāžu, kas nonāk akumulatora elementā.

Ja ticat Tomasa Frīdmena apgalvojumam, ka pasaule ir plakana un ka ražošanas pārvietošana uz vietām, kur ražošana ir lēta, padara uzņēmumus konkurētspējīgākus, šāda pāreja varētu nebūt svarīga, izņemot tās ietekmi uz ASV ekonomiku un tās darbiniekiem. Taču Amerikas Savienotās Valstis joprojām ir pasaulē visražīgākais jauno tehnoloģiju avots, jo īpaši uz materiāliem balstītām tehnoloģijām, un arvien vairāk pierādījumu liecina, ka to ražošanas jaudas samazināšanās var nopietni kropļot globālās inovācijas. Ir pietiekami daudz iemeslu uzskatīt, ka ASV datorrūpniecības modelis, kas pēdējo desmitgažu laikā ir veiksmīgi izmantojis ārpakalpojumus lielai daļai savas ražošanas un par prioritāti izvirzījusi dizainu, nevis ražošanu, nedarbosies efektīvi uzņēmumiem, kas mēģina komercializēt inovācijas enerģētikas jomā. , progresīvi materiāli un citas jaunas nozares.

Akadēmiskie pētnieki ir sākuši dokumentēt sarežģītās saiknes starp inovācijām un ražošanu, lai noskaidrotu, kā ASV ražošanas zudums varētu ietekmēt jaunu tehnoloģiju rašanos. Hārvardas Biznesa skolas menedžmenta profesors Villijs Šihs ir izveidojis sarakstu ar pamata tehnoloģijām, kurās ASV pēdējos gados ir izniekojušas savu vadošo pozīciju ražošanā. Tajos ietilpst kristāliskā silīcija plāksnes, LCD, enerģijas pusvadītāji saules baterijām un daudzu veidu uzlabotas baterijas. Un viņš ir sīki aprakstījis, kā rūpnieciskās kopīgās vērtības — pētniecības zinātības, inženiertehnisko prasmju un ražošanas pieredzes, kas nepieciešamas konkrētas tehnoloģijas izveidei — zaudēšana bieži vien var nozīmēt zināšanu un stimulu zaudēšanu, lai radītu progresu saistītās tehnoloģijās. Piemēram, tā kā silīcija pusvadītāju ražošana un saistītās piegādes ķēdes ir pārcēlušās uz Āziju, ASV ir apgrūtināta jaunu silīcija bāzes saules bateriju izstrāde.

Izrādās, ka ne vienmēr ir taisnība, ka novatoriskas tehnoloģijas vienkārši tiks ražotas citur, ja tas nenotiks Amerikas Savienotajās Valstīs. Saskaņā ar Kārnegija Melona universitātes docentes Ericas Fuksas pētījumu, integrētās fotonikas izstrādi, kurā lāzeri un modulatori tiek saspiesti vienā mikroshēmā, optoelektronikas ražotāji lielākoties ir atteikušies, jo tie ir pārcēluši ražošanu prom no Amerikas Savienotajām Valstīm. . Daudzi telekomunikāciju uzņēmumi bija spiesti meklēt lētāku ražošanu Austrumāzijā pēc nozares sabrukuma 2000. gadu sākumā, un ražošanas prakses atšķirības nozīmēja, ka integrētu fotonisko mikroshēmu ražošana šajās valstīs nebija ekonomiski dzīvotspējīga. Tādējādi tehnoloģija, kas kādreiz šķita tikai dažu gadu attālumā no datoru un pat biosensoru revolūcijas, tika pamesta. Ekonomisti varētu iebilst, ka mums nav vienalga, kur kaut kas tiek ražots, saka Fukss, taču atrašanās vieta var būtiski ietekmēt jūsu izvēlētos produktus un pašu tehnoloģiju trajektoriju.

Daudziem nozares cilvēkiem saikne starp inovācijām un ražošanu ir pašsaprotama un iemesls bažām. Mēs esam iemācījušies, ka bez atbalsta ražošanas jomā ir būtiski apdraudēta spēja ieviest jauninājumus, saka GE Idelchik. Problēma ar ražošanas ārpakalpojumu izmantošanu ir ne tikai tā, ka jūs galu galā zaudējat savas inženierzinātnes, bet arī tas, ka uzņēmumi kļūst atkarīgi no kāda cita inovācijas nākamās paaudzes produktiem. Viņš saka, ka viena no sekām ir tāda, ka pētnieki un inženieri zaudē izpratni par ražošanas procesu un to, ko tas var darīt: jūs varat izstrādāt visu, ko vēlaties, bet, ja neviens to nevar izgatavot, kam tas rūp?

Amerikas Savienotās Valstis joprojām ir pasaulē visproduktīvākais jauno tehnoloģiju avots, jo īpaši uz materiāliem balstīto tehnoloģiju avots, un arvien vairāk pierādījumu liecina, ka to ražošanas jaudas samazināšanās var nopietni kropļot globālās inovācijas.

Pēc vairākām desmitgadēm kā pasaules lielākais ražotājs, saskaņā ar dažiem jaunākajiem aprēķiniem Amerikas Savienotās Valstis tagad ražo 19,4 procentus no pasaulē saražotās preces, kas ir otrajā vietā pēc Ķīnas, kas veido 19,8 procentus. Pat augsto tehnoloģiju produktos Amerikas Savienotās Valstis tagad importē vairāk nekā ražo. Šai statistikai ir ietekme uz nodarbinātību, valsts konkurētspēju un pat valsts politiku un sociālo struktūru. Taču tikpat satraucoši, īpaši ilgtermiņā, ir tas, ko ASV sarūkošā spēja ražot lietas nozīmē nākamās paaudzes tehnoloģijām. Vai ASV var atgūt spēju uzņemties augsta riska ražošanu? Lai uzdotu to pašu jautājumu citādā veidā, vai daudzām mūsdienu daudzsološākajām inovācijām draud tāds pats liktenis kā integrētajām fotoniskajām mikroshēmām? Vai ASV var atgūt spēju uzņemties augsta riska ražošanu? Lai uzdotu to pašu jautājumu citādā veidā, vai daudzām mūsdienu daudzsološākajām inovācijām draud tāds pats liktenis kā integrētajām fotoniskajām mikroshēmām?

Elektromotoru pilsēta

Detroitas pilsētai, kas gadu desmitiem ir bijusi ASV automobiļu ražošanas centrs, patīk izrādīt savus centienus pilsētas atjaunošanai. Mūsdienīgs beisbola stadions atrodas pilsētas centra malā; tuvumā atrodas rosīgs teātra rajons. Tomēr tukši un izķidāti debesskrāpji atrodas pastaigas attālumā no General Motors galvenās mītnes spīdīgajiem stikla torņiem un jaunajiem dzīvokļiem, kas paceļas virs pilsētas upes krasta. Un pilsētas nomalē, apgabalos, ko sadala lielceļi ar tādiem nosaukumiem kā Chrysler Freeway un Edsel Ford Freeway, postījumi ir vēl skaidrāki redzami šķietami bezgalīgajās pamesto industriālo ēku posmos. Aptuveni 22 procenti darbavietu Mičiganā joprojām ir saistītas ar automobiļu ražošanu, un desmit gadu bankroti un Detroitas autoražotāju pārdošanas apjoma kritums ir atstājis reģionu satraukts. Kopš 2000. gada Mičiganas dienvidaustrumos ir zaudēts gandrīz pusmiljons darbavietu.

Tomēr starp drupām GM Detroitas Hamtramck montāžas rūpnīca ir kārtības un aktivitātes oāze. Lai gan agrā rudenī tās autostāvvieta ir mazāk nekā puse pilna dienā, masīvā rūpnīca, kas tika uzcelta 80. gadu vidū, lai ražotu Cadillacs un Buicks, iemieso Detroitas mēģinājumu izgudrot sevi no jauna. Tai priekšā ierīkots saules paneļu lauks; Apmeklētāju stāvlaukuma malā ir nojumes, kas aprīkotas ar elektrības rozetēm.

Rūpnīcā Cadillacs un Buicks konveijerā ir aizstāti ar Chevrolet Volt, GM nesen prezentēto elektrisko automašīnu, un tā Eiropas ekvivalentu Opel Ampera. Elektriskie transportlīdzekļi aizpilda aptuveni katru otro pieejamo vietu ražošanas līnijā, bet GM cer līdz nākamajam gadam palielināt ražošanu līdz 60 000 elektrisko automašīnu. Tāpat kā jebkura moderna automobiļu rūpnīca, arī Detroitas Hamtramkas rūpnīca ir robotikas un lielu detaļu virpulis, kas apzināti pārvietojas pa montāžas līnijām, kas saplūst kritiskajos punktos; vienā no šiem krustojumiem krāsotais tērauda rāmis lēnām tiek nomests uz šasijas un dzinēja. Automatizētās pneimatiskās uzgriežņu atslēgas caurdur relatīvi klusu, jo tās pieliek precīzu griezes momentu, lai saskrūvētu detaļas.

Netālu no visu aktivitāšu centra atrodas T-veida litija jonu akumulatori, kas ir jaunās automašīnas sirds un ekonomiskās cerības avots lielai daļai Mičiganas. 435 mārciņas smags akumulatoru komplekts ir milzīgs uzlabojums salīdzinājumā ar apjomīgajiem, 1100 mārciņām smagajiem svina-skābes akumulatoriem, ko izmantoja neveiksmīgajā pirmās paaudzes elektriskajos automobiļos, ko GM ražoja 1990. gados. Mazākos, vieglākos jaunos akumulatorus ir daudz vieglāk ievietot tādā kompaktā automašīnā kā Volt, un jaunā ķīmija uzlabo transportlīdzekļa veiktspēju.

Katrā akumulatoru komplektā ir aptuveni 288 elementi, no kuriem katrā ir virkne precīzi saskaņotu plānu anodu un katodu loksnes. Ja GM nākamgad saražos 60 000 voltu, šīs automašīnas viegli patērēs vairāku milzīgu akumulatoru ražotņu produkciju. Bet, ja elektromobiļu tirgus pēkšņi sāks darboties, piemēram, lētāku vai efektīvāku akumulatoru dēļ, vajadzība varētu būt daudz lielāka. Tiek lēsts, ka, ja elektriskie automobiļi veido desmito daļu no ASV automobiļu pārdošanas apjoma, automašīnu ražotājiem būtu nepieciešamas 43 lielas akumulatoru rūpnīcas.

GM un citu autoražotāju potenciālā apetīte pēc akumulatoriem ir likusi uzcelt vismaz pusduci ražošanas un montāžas rūpnīcu 200 jūdžu rādiusā ap Detroitu. Daļēji pateicoties Obamas administrācijas 2,4 miljardu dolāru finansējumam modernu akumulatoru ražošanai un elektriskajiem transportlīdzekļiem, šī attīstība sniedz vīziju par to, kā varētu izskatīties reģiona ražošanas bāzes atveseļošanās. Tas arī sniedz momentuzņēmumu par milzīgo izaicinājumu, kas saistīts ar šādas infrastruktūras izveidi.

Aptuveni 125 jūdzes uz ziemeļiem no Detroitas Hamtramkas montāžas rūpnīcas ir viena no lielākajām jauno akumulatoru iekārtām. Dow Kokam, Dow Chemical, TK Advanced Battery un franču firmas Groupe Industriel Marcel Dassault kopuzņēmums, Midlendā, Mičiganas štatā, būvē rūpnīcu par 322 miljoniem ASV dolāru, kas spēs izgatavot pietiekami daudz litija jonu akumulatoru elementu apmēram 30 000 elektrisku. automašīnas. Lai gan būvniecība turpinās un liela daļa aprīkojuma joprojām tiek uzstādīta, ātra apskate sniedz priekšstatu par darbības apjomu un sarežģītību. Vienā lielā telpā ar augstiem griestiem ir liels skaits automatizētu plauktu, kur tiks izveidota katra akumulatora šūna, kas ir kritiska darbība, kurā akumulators tiek uzlādēts un izlādēts, lai precīzi iestatītu ķīmiju.

Tieši šāds mērogs un uzmanība detaļām piesaista tādu uzņēmumu kā Dow, pasaules otrā lielākā ķīmisko vielu ražotāja, interesi. Rūpnīca atrodas tieši ārpus Dow's Mičiganas ķīmisko operāciju robežām — maza pilsēta ar mazstāvu ražošanas ēkām, kuras savieno krustojošu augšējo cauruļu labirints. Tā ir plaši izplatīta liecība par saikni starp dažādām sastāvdaļām un izejvielām, ko izmanto rūpniecisko produktu ražošanā, kā arī par apjomradīto efektivitāti, kas bieži nepieciešama ražošanā.

Litija jonu akumulatoru ražošanas piegādes ķēde sākas dziļi ķīmiskajā kompleksā. Kaut kur vienā no ielām, kas iet cauri rūpnīcai, atrodas neaprakstāma ēka, kurā strādnieki savulaik izgatavoja plastmasā izmantotās ķīmiskās vielas. Tagad Dow to pārvērš par litija jonu akumulatoriem nepieciešamo katoda un anoda materiālu ražošanas iekārtu. Ikvienam, kas ieiet iekšā, ir jāvalkā balts mētelis, jāietin apavi papīra pārvalkos un jāpakļaujas gaisa smidzināšanas dušai, kas paredzēta klaiņojošo putekļu un daļiņu noņemšanai. Iekšpusē katodu un anodu pulveri tiek apstrādāti lielos traukos, kas paredzēti piesārņojuma samazināšanai. Materiāli tiks nosūtīti uz vienu no akumulatoru rūpnīcām, kas tiek būvētas; lai gan netālu esošajai Dow Kokam rūpnīcai nav pienākuma pirkt anodus un katodus no sava mātesuzņēmuma, tas būtu dabiski piemērots.

Siltuma palielināšana: Attēlā redzamais kalcinētājs ir ļoti svarīgs keramikas pulveru ražošanā.

Tāpat kā GE Idelčiks, arī Dow galvenais tehnoloģiju vadītājs Viljams Banholcers atzīst risku, kas saistīts ar jauno tehnoloģiju paplašināšanu. Taču viņš saka, ka Dow izmērs un dziļās kabatas ļauj uzņemties riskus, kas būtu sarežģīti maziem jaunizveidotiem uzņēmumiem, un tā plašā infrastruktūra ļauj efektīvi integrēt dažādus ražošanas procesa aspektus. Dow lielums arī ļāva tai ierobežot likmes uz akumulatoriem, ienākot citos jaunos enerģijas tirgos. Dow Kokam rūpnīcas plašā ražošanas kompleksa pretējā pusē tiek būvēta saules enerģijas ražošanas iekārta, kurā tiks izgatavoti jumta šindeļi, kuros ir iekļauti plānslāņa fotoelementi. Enerģijas apjoms ir tik liels, ka ir ļoti grūti teikt, ka enerģētiku risinās mazi uzņēmumi, saka Banholzers. Viņš saka, ka tikai tad, kad esat sācis ražošanu, jūs varat apskatīt savas patiesās izmaksas un kārpas. Enerģētikas uzņēmumos, kur demonstrācijas rūpnīca varētu maksāt 500 miljonus ASV dolāru, riska kapitāla modelis sabojājas, viņš piebilst. Lielais jautājums ir: vai mazie uzņēmumi kādreiz var konkurēt ar lielajiem uzņēmumiem šajā jomā?

IZdzīvošanas instinkti

Tas ir jautājums, kas skar vienu no galvenajiem izaicinājumiem, kas saistīti ar ražošanas nozares atdzīvināšanu. Banholzeram noteikti ir taisnība, ka jaunizveidotie uzņēmumi nevar konkurēt ar Dow vai GE ražošanas jaudu. Taču ir arī taisnība, ka mazie uzņēmumi strādā pie dažām no mūsu daudzsološākajām tehnoloģijām, jo ​​īpaši jaunu materiālu un enerģijas krustpunktā. Ja šīs tehnoloģijas var ražot ekonomiski, tās varētu ievērojami paplašināt esošos tirgus. Jaunuzņēmumu izaicinājums ir izdomāt veidu, kā izveidot savas tehnoloģijas, izmantojot pašreizējās ražošanas zināšanas, vienlaikus izstrādājot produktus, kas ir pietiekami radikāli, lai izjauktu iedibinātās tehnoloģijas.

Ann Marie Sastry skaidri domā, ka viņas starta uzņēmums var darīt tieši to. Sakti3, kas atrodas nelielā industriālajā parkā Annārborā, Mičiganas štatā, strādā pie nākamās paaudzes tehnoloģijas cietvielu akumulatoriem. (skat TR10, 2011. gada maijs/jūnijs) . Ražošanas zona biroja aizmugurē ir stingri aizliegta apmeklētājiem, tāpat kā kameras un jautājumi īsas apskates laikā pa testēšanas un projektēšanas zonām; Izpilddirektors Sastry atklās dažas detaļas par tehnoloģiju, izņemot to, ka akumulatorā nav šķidru elektrolītu un uzņēmums izmanto ražošanas iekārtas, kas kādreiz tika izmantotas kartupeļu čipsu maisu izgatavošanai. Taču viņa ir uzmanīgāka, skaidrojot, kā jaunizveidotais uzņēmums var attīstīties augsti konkurētspējīgā uzlaboto akumulatoru sektorā.

Stratēģija sākas ar atziņu, ka jebkurai jaunai tehnoloģijai ir jāsniedz priekšrocības, kas ir daudz lielākas par to, kas ir iespējams ar esošajiem produktiem. Viņa saka, ka, ja sākat ar pašreizējo [litija jonu] tehnoloģiju, jūs varat iegūt piecu vai 10 vai 20 punktu veiktspēju, pielāgojot šo procesu, taču jums ir jāsamierinās ar to, ka jūs nekad neiegūsit neko pārveidojošu. Viņa saka, ka akumulatoru enerģijas blīvuma dubultošanai var būt milzīga ietekme uz sakaru ierīču darbināšanu, jo īpaši apgabalos, kur biežai uzlādei ir ierobežota piekļuve elektrībai. Transports varētu tikt ietekmēts vēl dziļāk. Viņa saka, ka jaunas baterijas ar lielāku enerģijas blīvumu un ievērojami zemākām izmaksām varētu paaugstināt pieprasījumu pēc elektriskajiem transportlīdzekļiem līdz pilnīgi jaunam līmenim.

Tāpēc viņa un viņas kolēģi sāka ar periodisko tabulu, lai izgudrotu jaunu akumulatoru. Jau no paša sākuma uzņēmums zināja, ka tehnoloģijai ir jāmēro. Mēs neņēmām tīru papīra lapu uz ražošanu, viņa saka. Mēs sākām ar ražošanas pieeju analīzi, kuras bija un varēja tikt mērogotas.

Mūsdienās bieži tiek izmantota stratēģija agrīnā enerģētikas uzsācējiem, meklējot materiālu periodisko tabulu, kas varētu apgāzt pašreizējās tehnoloģijas. MIT materiālu zinātnieks Gerbrands Seders pirms vairākiem gadiem uzsāka materiālu genoma projektu, kas izmanto datorus, lai analizētu un prognozētu materiālu īpašības visā zināmajā ķīmiskajā visumā, un cer izveidot atklātu informācijas datubāzi. (Pēc tam, kad Baltais nams paziņoja par savu Materiālu genoma iniciatīvu, viņš piekrita pārdēvēt savus centienus par Materiālu projektu, lai izvairītos no neskaidrībām.) Galvenais mērķis ir efektīvāk identificēt ražošanai piemērotus materiālus.

Ceder ir sistemātiski analizējis dažādu savienojumu potenciālu kā akumulatoru materiālus. Izmantojot skaitļošanas rīkus, ko izstrādājis viņa materiālu genoma projekts, Pellion, jaunuzņēmums Kembridžā, Masačūsetsā, kuru viņš līdzdibināja 2009. gadā, ir identificējis jaunus katodus magnija bāzes akumulatoram. Ja tas darbojas, Ceder saka, akumulatoriem varētu būt divreiz vai trīskāršs enerģijas blīvums nekā mūsdienu litija jonu akumulatoriem. Viņš saka, ka tikpat svarīgi ir tas, ka tie varētu tikt izmantoti esošajā litija jonu akumulatoru ražošanā. Un tas ir ļoti svarīgi, viņš saka, jo, ja jums ir jāizgudro jauns materiāls, kas var aizstāt esošo, tas var aizņemt piecus līdz 10 gadus, bet, ja jums ir jāizgudro arī jauns dizains, tas var aizņemt 10 līdz 20 gadus.

Citi daudzsološi agrīnās stadijas enerģētikas uzņēmumi ir balstīti uz centieniem apiet labi zināmos ražošanas ierobežojumus. Piemēram, uzņēmums Alta Devices, Santaklrā, Kalifornijā, kura dibinātāju vidū ir vadošie pētnieki no Caltech un Kalifornijas Universitātes Bērklijā, izstrādā veidu, kā izgatavot fotoelementus, izmantojot gallija arsenīda plēves, kuru biezums ir tikai mikrometrs. Gallija arsenīdam, ko plaši izmanto kā sastāvdaļu lāzeros un citās fotoniskās ierīcēs, ir lieliskas optiskās īpašības, taču tas ir pārāk dārgs lielākajai daļai saules bateriju. Tomēr jaunā tehnoloģija izmanto tik maz materiāla, ka tās cena vairs nav pārmērīga. Alta Devices pēdējos vairākus gadus ir pavadījis, pilnveidojot ražošanas procesu; tas ir sācis izmēģinājuma līniju, lai nākamajā gadā ražotu fotoelementus, un cer sākt komerciālu ražošanu 2013. gadā.

Tā kā energotehnoloģiju paplašināšanas riski un izmaksas kļūst arvien acīmredzamākas, jaunizveidotie uzņēmumi, izstrādājot savus jauninājumus, ņem vērā ražošanas praktiskos aspektus. Bet kā niecīgs uzņēmums, pat izmantojot radikāli atšķirīgu materiālu, cer gūt panākumus ļoti konkurētspējīgos saules enerģijas un akumulatoru tirgos, kas prasa milzīgus kapitālieguldījumus? Sadarbība ar lielu uzņēmumu ir acīmredzama stratēģija. Piemēram, Alta Devices sadarbojas ar Dow pie nākamās paaudzes materiāliem ķīmiskā uzņēmuma saules šindeļiem; GM ir Sakti3 investors. Tomēr enerģētikas jaunizveidotie uzņēmumi saskaras ar biedējošo patiesību, ka inovāciju paplašināšana veiksmīgās ražošanas darbībās var prasīt simtiem miljonu dolāru.

Tomēr ir vismaz viens nesens panākumu piemērs.

Jaudas izsalcis: GE akumulatoru rūpnīca aizņem trīsarpus futbola laukumu lielu telpu un ietver tādu energoietilpīgu aprīkojumu kā lielas cepļi. Labajā pusē esošās elektriskās iekārtas apgādā milzīgo rūpnīcu ar jaudu.

MĀCĪBU LĪKNE

Kad 2001. gadā Yet-Ming Chiang nodibināja uzņēmumu A123 Systems, pamatojoties uz savu MIT pētījumu par akumulatoru materiāliem, Amerikas Savienotajās Valstīs nebija progresīvas akumulatoru ražošanas. Lai gan liela daļa zinātniskā darba, kas noveda pie litija jonu akumulatoru izgudrošanas, tika veikts šajā valstī, tostarp sasniegumi, kas sasniegti Teksasas Universitātē, 1991. gadā akumulatorus komercializēja Sony. Pēc tam ražotāji Korejā un Ķīnā ievērojamas investīcijas tehnoloģijā. Ar četras reizes lielāku enerģijas ietilpību nekā niķeļa-kadmija akumulatoriem un divreiz vairāk nekā jaunākiem niķeļa-metāla hidrīda akumulatoriem, litija jonu akumulatori kļuva par dominējošo tehnoloģiju patērētāju ierīcēs, padarot iespējamus mūsdienu mazos, jaudīgos mobilos tālruņus un klēpjdatorus.

Tikmēr divi lielākie ASV akumulatoru ražotāji Duracell un Eveready (tagad saukti par Energizer) deviņdesmitajos gados mēģināja izstrādāt paši savus litija jonu produktus. Eveready nokļuva līdz rūpnīcas celtniecībai Geinsvilā, Floridā, taču pat tad, kad rūpnīca gatavojās komerciālai ražošanai, litija jonu akumulatoru cena kritās, un uzņēmums nolēma, ka ir lētāk pirkt šūnas no Japānas ražotājiem, nekā ražot pašiem. Tas pameta litija jonu akumulatoru biznesu, un Duracell drīz sekoja.

Tāpēc Chiang un viņa kolēģi A123 uzcēla ražotni Čandžou, Ķīnā (skatiet An Electrifying Startup, 2008. gada maijs/jūnijs) . Šis solis nebija paredzēts ražošanas ārpakalpojumiem, saka Chiang, bet gan vajadzīgās ražošanas zinātības iegūšanai. Pēc tam A123 iegādājās Dienvidkorejas ražotāju, lai sāktu attīstīt zināšanas, kas nepieciešamas elektrisko automašīnu akumulatoriem nepieciešamo plakano elementu izgatavošanai. Kad A123 nolēma, ka tai jābūt tuvāk saviem potenciālajiem automobiļu klientiem Detroitā, tas klonēja Korejas rūpnīcu Livonijā, Mičiganas štatā, un Ķīnas rūpnīcu dažu jūdžu attālumā Romulusā, izmantojot federālās valdības dotāciju 249 miljonu dolāru apmērā. Šīs stratēģijas rezultātā A123 spēja kļūt par galveno ražotāju ļoti īsā laikā, uzceļot Livonijas rūpnīcu nedaudz vairāk kā gada laikā un Romulus rūpnīcu deviņos mēnešos.

Uzņēmums drīz vien kļuva par vienu no valsts augstākā līmeņa enerģētikas jaunizveidotajiem uzņēmumiem un par vienu no retajiem, kas ir paplašinājis savu tehnoloģiju, uzbūvējot 2010. gadā lielāko litija jonu automobiļu akumulatoru rūpnīcu Ziemeļamerikā. 2009. gadā tas tika atklāts, piesaistot aptuveni 400 miljonus ASV dolāru. Diemžēl tiem, kas cer līdzināties šādiem panākumiem, politiskie un finansiālie apstākļi, kas ļāva A123 savākt gandrīz 1 miljardu ASV dolāru privātos un valsts ieguldījumos, jau sen ir pagājuši.

Viena no A123 mācībām ir tieši tas, cik maksā, lai gūtu panākumus, saka Čiangs. Un rodas jautājums, cik bieži to var atkārtot. Pašreizējos apstākļos rodas jautājums, vai ir vēlēšanās to darīt atkal un atkal. Biotehnoloģiju nozarē ceļš uz komercializāciju ir kļuvis skaidrs gadu gaitā — sadarbojoties ar lieliem farmācijas uzņēmumiem, sasniedzot sagaidāmos pagrieziena punktus un izejot regulējuma apstiprināšanas procesu, kas nepieciešams jauniem produktiem. Taču enerģijas jaunizveidotiem uzņēmumiem tas nav tik vienkārši, saka Chiang, kura jaunākais starta uzņēmums 24M cer izstrādāt radikāli jaunu akumulatoru tehnoloģiju. Viņš saka, ka tiem mazajiem uzņēmumiem, kas izstrādā jaunas enerģijas tehnoloģijas, tas vēl ir jāizdomā.

KOMANDU SPORTS

Mūsdienās Evergreen Solar trīs gadus vecā ražotne Marlboro, Masačūsetsas štatā, ir tukša ar lielu nomas zīmi priekšā. Evergreen bankrots augustā un Solyndra bankrots mēnesi vēlāk radīja lielas problēmas saistībā ar saules enerģijas nākotni. Jo īpaši Solyndra, Silīcija ielejā bāzētā ražotāja sabrukums, kas bija saņēmis 535 miljonu ASV dolāru aizdevuma garantiju no federālās valdības, ir izraisījis kritiku par valdības lomu atjaunojamās enerģijas atbalstīšanā un jo īpaši tās sliktos rezultātus. uzvarētāju izvēlē.

Valdība ir pierādījusi, ka ir atbalstījusi dažas bēdīgi slavenas enerģijas kļūmes. Un jaunu tehnoloģiju paplašināšana, protams, ir riskanta. Taču šāda kritika ir aizēnojusi, iespējams, interesantākās mācības, ko var gūt no bankrotiem: daudzos veidos uzņēmumu neveiksmes gan stratēģijā, gan izpildē bija ražošanas kļūmes. Viņu uzņēmējdarbības modeļi bija atkarīgi no radikāli jaunu tehnoloģiju izmantošanas, lai samazinātu saules paneļu ražošanas izmaksas, ignorējot patiesību, ka jaunās tehnoloģijas sākotnēji gandrīz nekad nav lētākas nekā labi optimizēti esošie procesi. Un nevienam uzņēmumam nebija pietiekami novatorisku produktu, lai mudinātu lielāko daļu klientu maksāt augstāku cenu. Evergreen un Solyndra saskārās ar daudzām negaidītām tirgus izmaiņām, tostarp pēkšņu silīcija cenu kritumu un saules paneļu pārprodukciju, taču konkurējošo uzņēmumu spējai turpināt samazināt ražošanas izmaksas tradicionāliem saules paneļiem nevajadzētu būt pārsteigumam. (skatiet Ķīnas saules mašīnu).

No šo divu uzņēmumu sabrukuma var mācīties arī citas ražošanas mācības. Evergreen inovācija bija saistīta ar vienu ražošanas procesa posmu — veidu, kā padarīt silīcija vafeles lētākas. Tomēr uzņēmums ražoja un pārdeva pilnus saules paneļus, un tie atšķīrās no nozares standarta izmēra, liekot saviem klientiem nonākt nevēlamā situācijā, uzņemoties ilgtermiņa saistības attiecībā uz konkrētu tehnoloģiju.

Tāpat Solindra (viena no BĒRNI 50 inovatīvākie uzņēmumi 2010. gadā) ir pieļāvuši virkni ražošanas kļūdu. Iesniedzot pieteikumu valsts regulatoriem 2009. gada decembrī, uzņēmums atzina, ka mūsu īpaši izgatavotā aprīkojuma projektēšana un izgatavošana var aizņemt ilgāku laiku un izmaksāt vairāk, nekā paredzēts, un, iespējams, nekad nedarbosies, kā nepieciešams, lai izpildītu mūsu ražošanas plānus. Šādi piesardzības vārdi šajos dokumentos bieži tiek izmantoti, taču šajā gadījumā tie bija tālredzīgi. Jo īpaši Solyndra mēģināja strauji palielināt savu ražošanas jaudu, plānojot otru ražotni, pat ja tā joprojām paplašina pirmo, un zaudēja milzīgas naudas summas tās salīdzinoši augsto izmaksu dēļ. Retrospektīvi ir skaidrs, ka abi uzņēmumi pārāk strauji paplašināja ražošanu, pārāk maz izprotot savus unikālos ražošanas procesus, konkurenci vai klientu prasības.

Veids, kā izvairīties no šādām kļūdām, ir palielināt sadarbību starp uzņēmumiem, kas izstrādā jaunas tehnoloģijas. Olbani nomales nekad netiks sajauktas ar Silīcija ieleju, taču tur esošo Nanomēroga zinātnes un inženierzinātņu koledžas uzņēmumu nosaukumi ir zināmi ikvienam pusvadītāju nozarē: Intel, IBM, TSMC, Applied Materials un Tokyo Electron. Ideja ir tāda, ka koplietošanas telpas sniedz iespēju mikroshēmu ražotājiem, iekārtu piegādātājiem un inženiertehniskajiem uzņēmumiem izstrādāt un novērtēt savus produktus. Pagājušajā gadā Sematech, ASV pusvadītāju uzņēmumu konsorcijs, pārcēla savu darbību uz 12 miljardu dolāru vērto kompleksu. Tās jaunākā iniciatīva: palīdzēt atdzīvināt ASV saules enerģijas nozari tāpat, kā tā palīdzēja pusvadītāju nozarei atgūt savu pamatu 1980. un 1990. gados.

Viena no Solyndra neveiksmes mācībām ir tāda, ka tā ietvēra derības uz ļoti riskantu tehnoloģiju un simtiem miljonu tērēšanu nepierādītiem ražošanas procesiem, saka Pradeep Haldar, kurš vada jauno fotoelementu ražošanas konsorciju Olbanijā, kas ir partnerība starp Sematech un CNSE. Pretēji tam, viņš saka, plānās plēves saules bateriju ražotāji var izmantot esošo Olbani objektā esošo infrastruktūru, lai iegūtu realitātes pārbaudi, tostarp materiālu piegādātāju un potenciālo klientu reakcijas.

Šī sadarbības pieeja ir pievilcīga pat lieliem ražotājiem, piemēram, GE. Inovācija ir komandas sporta veids, saka Idelčiks, taču pārāk bieži Amerikas Savienotajās Valstīs mēs cenšamies to darīt vakuumā. Viņaprāt, tādas iespējas kā Olbanijas nanotehnoloģiju centrā piedāvātās iespējas ir īpaši svarīgas, jo ražotāji atrodas pārejas periodā. Vispasaules lejupslīde, kas sākās 2008. gadā, atstāja uzņēmumus ar milzīgu jaudas pārpalikumu, taču materiālu un darbaspēka izmaksas turpināja augt līdz ar dzīves līmeni tādās valstīs kā Ķīna un Indija. Tas nozīmē, ka vairs nav efektīvi mēģināt samazināt ražošanas izmaksas, piemēram, meklējot zemākas cenas darbaspēku. Lai saglabātu konkurētspēju, Idelčiks saka, ka uzņēmumiem ir jāpāriet uz progresīvu produktu un materiālu augsta riska, augstas atdeves ražošanu. Tomēr viņš piebilst, ka šādai augsta riska ražošanai ir nepieciešama piegādātāju, iekārtu ražotāju un klientu ekosistēma.

Šo ekosistēmu būtībā Hārvarda Villijs Šihs sauc par rūpniecisko kopienu. Lai arī kā tas būtu aprakstīts, to Amerikas Savienotās Valstis ir zaudējušas LCD un integrētās fotonikas jomā, gandrīz zaudējušas uzlaboto bateriju ražošanā un strauji zaudē silīcija saules paneļus. Tas ir tas, ko A123 un Dow mēģina palīdzēt atjaunot progresīvām baterijām Mičiganā, ko Sematech cer uzsākt plānās plēves saules paneļiem, un tas ir tas, ko jaunizveidotie uzņēmumi, piemēram, Pellion, 24M un Alta Devices, cer, ka viņi varēs izmantot, un tad galu galā izjaukt. .

Tas, vai šādi jaunizveidoti uzņēmumi izdzīvos, ironiskā kārtā būs ļoti atkarīgs no tā, vai tirgi, kurus tie galu galā cer aizstāt, ir stabili un augoši. Tomēr rūpnieciskās kopienas ir trauslas, un to izdzīvošana būs atkarīga gan no tirgiem, gan no valdības politikas. Uzlabotas akumulatoru ražošanas rašanās Mičiganā lielā mērā ir Obamas administrācijas atbalsta rezultāts. Tas, vai tas plauks, būs atkarīgs no tā, cik elektrisko automašīnu GM un citi spēs pārdot un vai valdība turpinās nodrošināt jaunizveidotās nozares stimulus, tostarp finansējumu pētniecībai. Ilgākā laika posmā tā veselība var būt ļoti atkarīga no tā, cik labi tas spēj pieņemt patiesi novatoriskas jaunas tehnoloģijas no agrīnās stadijas jaunizveidotiem uzņēmumiem. Sekas būs jūtamas dziļi. Kā Shih ir pierādījis, Amerikas Savienotās Valstis ir vairākas reizes zaudējušas galvenās ražošanas nozares un ar tām saistītās inovācijas prasmes. Un viņa mūsdienu riskam pakļauto tehnoloģiju saraksts ir garš. Ja progresīvās baterijas, saules tehnoloģijas un progresīvu materiālu ražošana kļūs vēl vairāk upuru, tas noteikti kaitēs nākotnes tehnoloģiju izgudrošanas iespējām.

Šajās dienās Yet-Ming Chiang vismaz daļu sava drudžainā grafika pavada šaurajās 24 M kabīnēs, piecu minūšu velobrauciena attālumā no savām MIT laboratorijām. Apmēram pirms trim gadiem, strādājot A123 sabatā no MIT, Čianga sāka domāt par to, kā varētu izskatīties nākamās paaudzes akumulatoru tehnoloģija. Liela daļa litija jonu akumulatoru ražošanas izmaksu ir saistīta ar dažādiem neaktīviem komponentiem un daudzpakāpju elektrodu un katodu slāņošanas procesu. Faktiskās enerģiju uzkrājošās daļas — elektrodi un elektrolīts — veido aptuveni piekto daļu no kopējām izmaksām. Ko darīt, ja, viņš domāja, jūs varētu izveidot akumulatoru, kas atbrīvotos no sastāvdaļām, kas neuzglabā enerģiju, un dārgo elementu un moduļu komplektu? Rezultāts ir plūsmas akumulators, ko izstrādā 24M, kurā elektrodi cirkulē puscietā veidā. Iespējamais šī dizaina ieguvums ir tāds, ka tā ražošana varētu būt daudz mazāk kapitālietilpīga. Turklāt Chiang saka, ka tas ir paredzēts darbam ar esošo piegādes ķēdi un litija jonu akumulatoru ražošanas infrastruktūru.

Chiang saka, ka viņa pieredze ar A123 bija ļoti svarīga, izstrādājot jauno akumulatora dizainu. Viņš saka, ka labākais veids, kā veikt akumulatoru izpēti, ir akumulatoru uzņēmuma dibināšana. Atrodoties tuvu ražošanai, jūs saprotat, kas var ietekmēt. Tas ir arguments, kāpēc ražošana ir tik svarīga šajos jaunattīstības reģionos.

Deivids Rotmans ir Tehnoloģiju apskats redaktors.

paslēpties