환경 개선을 위한 환상적인 세 가지 전자 설계 팁

세계는 전자 장치에 빠져 있습니다. Statista에 따르면, 2023년 전 세계 스마트폰 가입자는 총 67억 명에 달했습니다. 유사한 2023 연구에서 한 매체는 미국인들이 소비자 및 엔터프라이즈용 스마트폰을 각각 2.67년 및 2.54년마다 교체한다고 밝혔습니다. 이는 많은 e-폐기물을 발생시키지만 전체 폐기물의 일부에 불과합니다. 해당 값에 대해 Statista는 2022년 전 세계적으로 총 6200만 톤에 달할 것으로 추정합니다.

안타깝게도, 우리 인간은 아직 e-폐기물을 처리할 수 있는 환경 친화적이고 경제적인 방법을 찾지 못했습니다. 부적절한 처리와 폐기는 납, 수은, 비소 등을 비롯하여 환경에 독성 물질을 방출할 수 있으므로 이는 문제가 됩니다. 전자 장치의 제조도 마찬가지로 해로울 수 있다는 점에 유의해야 합니다.

이러한 모든 요인으로 인해 친환경 및 지속 가능한 전자 제품에 대한 수요가 창출되었습니다. 현재 사용 가능한 옵션은 제한적이지만 전자 설계 엔지니어가 더욱 친환경적인 선택을 내리기 위해 유의해야 할 몇 가지 사항이 있습니다.

전자 장치를 설계하기 위한 3가지 환경 개념

환경 관점에서 설계를 개선하기 위해 전자 엔지니어가 사용할 수 있는 여러 개념에는 다음이 포함됩니다.

1. 지속 가능한 설계
2. 친환경 제조
3. 순환 경제

McKinsey & Company에 따르면 “R&D는 총 생산비의 5% 이하를 차지하지만 해당 제품의 리소스 사용량에는 최대 80%까지 영향을 미친다.”고 합니다.

결과적으로 새로운 전자 장치를 개발할 때 가장 중요한 요소는 지속 가능한 설계일 수 있습니다. 그 과정에는 원자재 수집부터 제품의 불가피한 폐기에 이르는 제품의 전체 수명 주기 설계에 환경적 고려 사항을 추가하는 것이 포함됩니다. 여러 CAD, PLM, 엔지니어링 설계 도구가 코어 기술에 환경 수명 주기 평가(LCA)를 내장하고 있어 이를 구현하기가 더 쉬워졌습니다.

둘째로, 전자 제조 프로세스가 환경에 큰 영향을 미친다는 것은 잘 알려져 있는 사실입니다. 보다 지속 가능한 프로세스가 연구되고 있지만 엔지니어는 여전히 제조 프로세스에서 차이를 만들 수 있습니다. 스마트한 제조 방법론을 구현함으로써 공장의 에너지 효율을 향상시키고 폐기물 흐름을 줄일 수 있습니다. 또한, 엔지니어는 생산에 전력을 구동하는 데 재생 가능한 에너지원을 선택하여 이러한 프로세스를 더욱 친환경적으로 만드는 첫 번째 단계를 수행할 수 있습니다.

마지막으로, 엔지니어는 순환 경제를 염두에 두고 제품 설계를 시작해야 합니다. 즉, 제품, 제품에 속한 부품, 심지어 원자재까지 손쉽게 재사용되고 수리되며 재활용할 수 있습니다. 이는 전자 상품을 수리 및 재판매할 수 있는 권리를 뛰어 넘습니다. 기업은 오래된 제품을 새 제품으로 손쉽게 개조하거나 용도 변경할 수 있는 재활용 워크플로를 제시해야 합니다.

현재 및 미래에도 사용 가능한 환경 전자 장치

그렇다면, 엔지니어가 사용할 수 있는 친환경 부품 및 재료는 무엇일까요? 안타깝게도 전자 산업에 대한 옵션은 현재 제한되어 있습니다.

많은 연구원들이 풍부한 재활용 재료에서 전자 부품을 생산할 수 있는 가능성을 평가하고 있습니다. 그러나 더 많은 합성 유기 재료의 사용을 선호하는 연구원들도 있습니다. 이러한 재료의 예는 다음과 같습니다.

• 친환경 전자 장치 및 포토닉스를 위한 실크 또는 종이 기반 재료
• 생체 전자 공학을 위한 이온 전도성 하이드로겔
• 생체에 적합하고 유기체에 의해 분해되는 전도성 고분자 복합 재료
• 전기 화학 에너지 저장 장치를 위한 생체 피그먼트 및 흑연질 탄소 양자점
• 슬롯 다이 코팅 유기 UV 표시기 및 필터를 위한 그린 용매
• 세균성 섬유소 및 재활용 폴리스티렌을 기반으로 하는 유기 LED 기판

그러나 가장 촉망되는 연구 중 일부는 유기 전계효과 트랜지스터(OFET)에 대한 것입니다. 이러한 연구의 목표는 OFET가 기판, 반도체 및 유전체 같은 기존 전자 부품을 교체하는 것입니다. 이는 미생물에 의해 환경 친화적으로 분해될 수 있으며 풍부한 재료로 만들 수 있습니다. 생산된 일부 개념 제품에는 접이식 디스플레이, ID 카드, 센서, 인조 피부가 포함됩니다. 그러나 OFET의 개발 및 연구는 여전히 초기 단계에 있습니다.

그렇다면 현재 엔지니어가 사용할 수 있는 친환경 부품에는 무엇이 있을까요? 한 예로 WAGO의 Green Range 221 계열 스플라이싱 커넥터를 들 수 있습니다. 이 커넥터는 부분적으로 바이오 순환 재료와 재활용 플라스틱으로 만들어 졌습니다.

WAGO의 Green Range 221 계열 스플라이싱 커넥터는 부분적으로 바이오 순환 재료와 재활용 플라스틱으로 만들어 졌습니다(이미지 출처: WAGO).

또한, Allegro Microsystems는 설계를 간소화하고 에너지 전달을 최적화하는 전력 및 감지 솔루션 라인을 제공합니다. 이러한 제품은 또한 태양광 인버터, 열 펌프, 전기 차량(EV) 충전기 같은 친환경 응용 제품을 위해 설계되었습니다.

친환경 응용 제품에 대해 최적화된 다른 부품의 경우 엔지니어는 ITT Cannon에서 맞춤식 EV 충전 상호 연결을 살펴볼 수 있습니다. 또한, Klein Tools는 전력 뱅크, 전력 스테이션, 휴대용 배터리를 빠르게 충전할 수 있는 60W 접이식 태양광 패널을 제공합니다.

마지막으로, IEEE Spectrum은 "친환경 기술 주도권을 놓고 질화 갈륨(GAN)과 탄화 규소(SiC)가 경쟁하고 있다"고 보고했습니다. 또한 "어느 쪽이 승리하는가에 상관없이 수십억 톤의 온실 가스를 감축하게 될 것"이라고 덧붙였습니다. 대부분 GaN 및 SiC가 전통적인 실리콘 부품보다 더 효율적으로 기능을 수행하기 때문입니다. 이는 이미 조명 산업의 전기 사용량을 30% ~ 40% 줄이는 데 기여했습니다. 그 결과 이러한 재료는 이제 다른 전자 응용 제품으로 전환되기 시작했습니다.

GaN 및 SiC에 대한 정보와, 전통적 실리콘 트랜지스터와 비교하여 이러한 재료가 갖는 환경적 이점에 대해 자세히 알아보려면 웨비나 고효율 응용 분야에 가장 적합한 와이드 밴드갭 기술은 무엇인가요?를 시청하세요.