Deep Tech Powers New Net-Zero Business Models

CEOs and board members are quick to point out that they understand reaching net zero will require leveraging emerging technologies. They know they need to move— Fortune estimates that Fortune 500 companies account for about 27% of greenhouse gas emissions—and they are aware that mature technologies have the potential to reduce only 25% of current CO ₂ Emissões (de acordo com a Agência Internacional de Energia). Eles também entendem que as tecnologias avançadas por si só não serão suficientes. Verdadeiro Sustentabilidade exigirá tecnologias de mudança de jogo, como materiais avançados, processos de base biológica e novas formas de automação industrial, além de novos modelos de negócios e mudanças associadas no comportamento do consumidor.

A sustentabilidade não é apenas boa para o clima. Espera -se que os preços da energia do combustível fóssil permaneçam altos e voláteis. Cortar o consumo de energia e as emissões geralmente se juntam, e vimos novos processos industriais que levam a reduções de até 50% em ambos. Os primeiros adotantes podem aumentar o aperto dos requisitos de energia e os possíveis impostos sobre impacto ambiental, à medida que os governos aumentam os regulamentos em resposta à crescente pressão global para agir. Eles também podem estabelecer vantagem competitiva durante a transição, à medida que novos modelos de negócios são ativados, abrindo oportunidades para diferenciar e criar novos mercados. O mais difícil, esses mesmos líderes nos dizem, é determinar a melhor forma de mover a agulha, especialmente em três grandes áreas de decisão:

Understanding the need—and the opportunity—is the easy part. The hard thing, these same leaders tell us, is determining how best to move the needle, especially in three big decision areas:

• Where to focus: which technologies to bet on and which areas of the business to transform
• How to accelerate R&D and sustainable-product development
• How to productively disrupt existing business models with more sustainable alternatives

It’s a tough trifecta. But the benefits in revenue, costs, and shareholder returns, combined with changing regulations that penalize unsustainable practices and the rising difficulty of financing emission-intensive businesses, will eventually force all companies to move. Slower firms are likely to find themselves playing technology catchup from a long way behind.

Based on our experience with sustainability leaders, here’s how to set your company on the right course.

Game-Changing Technologies

New technologies—some already in use and others still in development—promise to alter every stage of the product life cycle, from R&D to raw-material inputs to manufacturing and supply chain to utilization and end of life. (See Exhibit 1.) New companies in new industries, such as SpaceX with its reusable rockets, are applying advanced technologies systemically across the full value chain, including end of life. There are many examples in traditional industries as well.

R&D. In industries such as Automotivo e Farmacêuticos , as empresas gastam bilhões de dólares anualmente para construir e testar protótipos e conduzir ensaios clínicos. Os avanços na computação e na IA estão reduzindo esse requisito, possibilitando simulações rápidas e precisas de produtos em desenvolvimento, de carros a medicamentos. Os computadores quânticos, ainda em desenvolvimento inicial, podem simular a química da bateria, que é muito complexa computacionalmente para computadores clássicos. Daimler e IBM estão aproveitando isso Tecnologia emergente Para desenvolver veículos elétricos. O DeepMind Alphafold do Google é capaz de prever a provável estrutura 3D das proteínas (que se traduz em atividade biológica) com base apenas em sua sequência de aminoácidos, um avanço essencial para a descoberta de medicamentos

Entradas. Os avanços na biotecnologia possibilitam a mudança para matérias -primas renováveis ​​(como cana -de -açúcar ou resíduos orgânicos) usando organismos modificados para transformar essas entradas nas moléculas e materiais desejados ou extraindo diretamente polímeros de interesse das plantas. Por exemplo, a Sorona de Dupont, usada na fabricação de carpete e vestuário, e o ecolibrium da Dow, a principal entrada na última linha de calçados Crocs, são feitos com polímeros biológicos. ExxonMobil, BP e outras empresas de energia estão trabalhando em combustível de aviação sustentável, feita de biomassa, resíduos e outros insumos não petrolíferos. Petrochemicals are used to make a wide range of products, from plastics to cosmetics to fertilizers. Advances in biotechnology make it possible to switch to renewable feedstocks (such as sugar cane or organic waste) by using modified organisms to transform these inputs into the desired molecules and materials, or by directly extracting polymers of interest from plants. For example, DuPont’s Sorona, used in carpet and apparel manufacturing, and Dow’s Ecolibrium, the key input in the latest Crocs footwear line, are made with bio-sourced polymers. ExxonMobil, BP, and other energy companies are working on sustainable aviation fuel, made from biomass, waste, and other non-oil inputs.

Cadeia de fabricação e suprimento. Até recentemente, a escala maciça era considerada a melhor maneira de reduzir os custos, mas veio com altos custos ambientais e sociais, pois levou a offshoring e estendido global Cadeias de suprimentos . Novos incentivos para regionalização e resiliência, fontes de energia renovável e avanços na fabricação de aditivos, robótica e AI aumentam a eficiência da fabricação local e tornam cada vez mais econômico localizar fábricas perto do consumidor final. Por exemplo, a impressora 3D da Essentium produz peças de grau de aviação para manutenção aeroespacial, onde são necessárias, eliminando a superprodução e aumentando o tempo de atividade do avião. Os materiais avançados podem melhorar o isolamento, reduzir a necessidade de iluminação artificial e até gerar eletricidade. Por exemplo, veja uma startup do Vale do Silício, produz janelas inteligentes que podem produzir economias anuais de até 18% no uso de energia do aquecimento e ar condicionado. O Basilisco Verde, uma startup holandesa, está desenvolvendo um concreto autocorrendo usando bactérias que impedem as rachaduras que degradam o concreto tradicional. Outras startups, como Noveon e mineração urbana, procuram lidar com o lixo eletrônico, bem como os suprimentos limitados de metais de terras raras usadas em baterias e outras formas de eletrificação, por meio de reciclagem e reutilização aprimoradas.

Utilization and End of Life. Heating and appliances for buildings account for almost a third of greenhouse gas emissions. Advanced materials can improve insulation, reduce the need for artificial lighting, and even generate electricity. For example, View, a Silicon Valley startup, makes smart windows that can yield annual savings of up to 18% in energy use from heating and air conditioning. Green Basilisk, a Dutch startup, is developing a self-healing concrete using bacteria that prevent the cracks that degrade traditional concrete. Other startups, such as Noveon and Urban Mining, look to address e-waste, as well as the limited supplies of rare-earth metals used in batteries and other forms of electrification, through improved recycling and reuse.

Permutations and Combinations. inovações como as descritas acima podem ser combinadas para um impacto ainda maior. Na construção, os substitutos do cimento (a produção de cimento representa 8% das emissões de gases de efeito estufa),= Novos processos de fabricação e melhor design de construção - como a colaboração entre as casas do desenvolvedor Lennar e o ícone, que usa impressão 3D para produzir estruturas de concreto - podem levar a um carbono menos incorporado, maior eficiência energética e moradias mais acessíveis. Na indústria de alimentos, responsável por 26% das emissões atuais de gases de efeito estufa, Proteínas alternativas , fabricado usando novos insumos e processos avançados, reuniu -se com uma recepção favorável dos consumidores. Se essas proteínas continuarem a fazer incursões e, se os avanços tecnológicos levarem a mais e melhores produtos, a indústria poderá passar por uma atualização de tecnologia disruptiva, com os pools de valor mudando a montante para inovações que melhoram o sabor, a textura e a nutrição. O custo das substituições materiais ou do processo e, portanto, os fabricantes de preços precisam transmitir aos consumidores, pode ser uma enorme barreira para mudar. Bill Gates cunhou o termo "Premium verde" para descrever a diferença de preço entre produtos verdes e mais intensivos em carbono. Desde o início, as soluções de tecnologia profunda normalmente custam 30% a 240% a mais por unidade do que os equivalentes tradicionais: 30% a 50% a mais para bioplásticos, 75% a mais para novos cimentos, 90% a mais para substitutos da carne e 240% a mais para as empresas, especialmente para as empresas. Além disso, os consumidores são inconstantes. Embora mais de 80% dizem que prestam atenção ao impacto de seu comportamento nas mudanças climáticas, a pesquisa do consumidor do BCG mostra que apenas cerca de 1% a 7% (dependendo da categoria e geografia) realmente fazem compras com base em considerações de sustentabilidade. Por exemplo, os custos fotovoltaicos caíram quase 90% em dez anos. Os custos de fermentação de precisão caíram de US $ 1 milhão por quilograma em 2000 para US $ 100 em 2020. Graças em parte ao kick-start fornecido pela Tesla e seus "gigafactories", o preço médio de uma bateria de veículos elétricos caiu de US $ 1.200 por quilowatt-hora em 2001 a US $ 132 em 2021. ||

The Green-Premium Dilemma

Technology is only one of the challenges that big companies face, and often not the toughest one. The cost of material or process substitutions, and therefore the price manufacturers need to pass on to consumers, can be a huge barrier to change. Bill Gates coined the term “green premium” to describe the price difference between green and more carbon-intensive products. From inception, deep-tech solutions typically cost 30% to 240% more per unit than traditional equivalents: 30% to 50% more for bioplastics, 75% more for new cements, 90% more for meat substitutes, and 240% more for sustainable fuels.

These levels of increase are hard to swallow, especially for companies in low-margin industries. Moreover, consumers are fickle. While more than 80% say they pay attention to the impact of their behavior on climate change, BCG consumer research shows that only about 1% to 7% (depending on category & geography) actually make purchases based on sustainability considerations.

Fortunately, many deep-tech solutions can benefit from scale curve economics, with unit costs decreasing substantially over time. For example, photovoltaic costs dropped by almost 90% in ten years. Precision fermentation costs fell from $1 million per kilogram in 2000 to $100 in 2020. Thanks in part to the kick-start provided by Tesla and its “gigafactories,” the average price of an electric-vehicle battery pack fell from $1,200 per kilowatt-hour in 2001 to $132 in 2021.

One way to overcome the green-premium dilemma involves starting a virtuous cycle with the 1% to 7% of eco-conscious consumers willing to pay for green products and then reducing prices with increasing scale to enable sales to more cost-conscious consumers. Adidas, for example, developed innovative additive-manufacturing processes and materials to make its Futurecraft sneakers 100% recyclable. The company brought the new shoes to market in 2017 at a premium price of about $350 per pair. The shoes are now available in the US for two-thirds that amount. Meanwhile, they have reinforced Adidas’s reputation as a leader in technology and sustainability.

Technology Plus Business Model Innovation

While the premium-entry approach has a proven track record, its initial reach and impact are constrained until the scale curve reduces prices to mass-market levels. Fortunately, production is only half of the equation. The climate change crisis has sparked growing innovation in the more sustainable use of everyday products. (See Exhibit 2.)

O exemplo mais conhecido pode ser uma futura frota de veículos totalmente autônomos que serão compartilhados e à demanda, com capacidade mais conhecida. Outros incluem o seguinte:

• compartilhabilidade e durabilidade. O fornecedor ao ar livre Patagonia oferece um mercado para os equipamentos usados ​​da empresa que afirma adicionar cerca de dois anos à vida da roupa. A REI oferece um serviço de troca semelhante para muitos de seus produtos. Miele is designing and pricing appliances that incorporate repair and upgrades as a service and are guaranteed to last at least 25% longer, on average, than competitors’ products. Outdoor outfitter Patagonia offers a marketplace for the company’s used gear that it claims adds about two years to the clothing’s lifetime. REI offers a similar trade-in service for many of its products.
• envolvimento do cliente. PepsiCo e SodaStream (que a PepsiCo possui) estão pilotando refrigerantes vendidos como um xarope para o qual o consumidor adiciona água e, em seguida, carbonatos usando uma máquina de SodaStream. O novo modelo elimina a necessidade de garrafas plásticas, latas de alumínio e o transporte de paletas pesadas de produto acabado. Estimamos que essa abordagem possa economizar cerca de 80% das emissões sobre o ciclo de vida do produto em comparação com os refrigerantes tradicionais. O carro visa reduzir as emissões em 65% em relação aos EVs movidos a bateria na Califórnia. As chamadas empresas de "produtos feios" estão criando um mercado nos EUA para frutas e vegetais que, de outra forma, iriam desperdiçar. Um movimento de “inovação frugal” nas economias em desenvolvimento ajuda os consumidores a “fazer o trabalho” com produtos de baixo custo e mais sustentáveis, como a geladeira de argila Mitticool na Índia e o ECG spandan, um dispositivo de monitoramento portátil que se conecta a um smartphone. Ofereça versões digitais de seus produtos para uso no metaverso. Os bens virtuais oferecem aos consumidores alguns dos mesmos benefícios que os físicos (por exemplo, diversão, uma identidade desejada, pertencente a um grupo ou status VIP) sem os custos ambientais diretos. A Nike havia vendido US $ 185 milhões em vestuário virtual em agosto de 2022, de acordo com a Dune Analytics. Como resultado, eles podem cancelar o prêmio verde incorrido por novas tecnologias, abrindo caminhos para adoção mais ampla e rápida. Estimamos que a combinação de tecnologia e
• Product Performance. Lightyear, a startup, has designed a solar-powered electric car that trades acceleration and speed, which many drivers do not need, for higher mileage. The car aims to reduce emissions by 65% over battery-powered EVs in California. So-called “ugly produce” companies are creating a market in the US for fruits and vegetables that would otherwise go to waste. A “frugal innovation” movement in developing economies helps consumers “get the job done” with lower-cost and more sustainable products, such as the MittiCool clay refrigerator in India and Spandan ECG, a portable heart-monitoring device that connects to a smartphone.
• Virtualization. Numerous fashion, apparel, and luxury goods companies, including Nike and Hermès, offer digital versions of their products for use in the metaverse. Virtual goods offer consumers some of the same benefits as physical ones (for example, fun, a desired identity, belonging in a group, or VIP status) without the direct environmental costs. Nike had sold $185 million worth of virtual apparel as of August 2022, according to Dune Analytics.

These business models are not only more sustainable, they also tend to be cost efficient. As a result, they can cancel out the green premium incurred by new technologies, opening paths for broader and faster adoption. We estimate that the combination of technology and Modelo de negócios Inovação tem o potencial de reduzir as emissões em até 80%. Embora nem todos os produtos ou serviços sejam candidatos à inovação radical de modelos de negócios, a combinação de estratégias de entrada e interrupção do mercado será essencial para alcançar um progresso substancial em direção a zero líquido. (Consulte o Anexo 3 e a barra lateral, "Combinando inovações profundas de tecnologia e modelo de negócios na indústria automobilística".)

Forçando esse tipo de interrupção sempre foi difícil para os titulares que construíram grandes empresas e quotas de mercado por meio de modelos de melhoria incremental. Mas a mudança climática é um problema radical que exige soluções igualmente radicais - e muitas delas. Já vimos grandes apostas em novos modelos por empresas como Ørsted em produção de energia renovável, maersk em transporte verde, unilever e ninho em proteínas alternativas e yara internacional (o antigo hidro norsk) em novos modos de produção de fertilizantes.

Four Steps to Get Started

Every company is different, but here are four steps that any business can use to integrate Tecnologia profunda e modelos de negócios inovações em seus programas de estratégia e sustentabilidade.

estabelecer a linha de base. Nossa pesquisa mais recente das emissões corporativas de carbono constatou que apenas 9% das empresas quantificam suas emissões de maneira abrangente. A primeira etapa é uma avaliação completa das emissões para identificar o potencial de redução de gases de efeito estufa em toda a cadeia de valor. Uma avaliação objetiva das oportunidades ajudará a priorizar o esforço de acordo com o valor e a viabilidade, fornecendo respostas a perguntas como: Progress requires metrics, but most companies can’t pinpoint their starting line. Our most recent survey of corporate carbon emissions found that only 9% of companies quantify their emissions comprehensively. The first step is a thorough emissions evaluation to identify the greenhouse gas reduction potential across the value chain.

Assess the opportunities. Exhibit 4 contains a checklist for both product life cycle innovations and business model development. An objective assessment of the opportunities will help prioritize the effort according to value and feasibility by providing answers to such questions as:

• Quais inovações terão o maior impacto? ecossistema?
• Which are (relatively) quick and easy to implement?
• Which require larger, longer-term investment, and which require external partners or possibly the creation of an ecosystem?
• que requerem desenvolvimento fora dos negócios principais usando incubadores ou capital de risco corporativo? Serviços.

Remember that multiple innovations can be applied to one product or service and that the same innovation can be applied to several products or services.

Gerencie um portfólio. As empresas estarão operando em território desconhecido. O fracasso é inevitável. A gerência precisará fazer um portfólio de apostas que ele abre continuamente e aumenta com o tempo à medida que o progresso é avaliado, as tecnologias avançam e os modelos relevantes em outros setores chegam ao mercado. Integrar tecnologias avançadas e nutrir novos modelos de negócios exigem velocidade e capacidade de trabalhar em equipes ágeis e multifuncionais que podem testar e aprender-e testar, falhar e seguir em frente. Isso é diferente do modelo operacional que a maioria dos titulares usa hoje e provavelmente exigirá alguma forma de transformação em toda a organização. A sustentabilidade também não é uma busca solo. As empresas precisarão de modelos para trabalhar com parceiros, como fornecedores e em ecossistemas com clientes e outros, especialmente quando se trata de combater as emissões de 2 e 3 emissões. Isso pode ser verdade, mas os tempos estão mudando rapidamente. As demandas de criar uma economia mais sustentável reinventarão como as empresas usam novas tecnologias e pensam em inovação. Os líderes estarão forçando uma mudança radical, e não incremental.

Rethink the operating model. Once companies move beyond what can be achieved though technical and operating efficiencies, most will need new operating models and ways of working. Integrating advanced technologies and nurturing new business models require speed and the ability to work in agile and cross-functional teams that can test and learn—and test and fail and move on. This is different from the operating model that most incumbents use today and will likely require some form of transformation throughout the organization. Sustainability also is not a solo pursuit. Companies will need models for working with partners, such as suppliers, and in ecosystems with customers and others, especially when it comes to tackling scope 2 and 3 emissions.

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It’s been said that no incumbent company has ever been responsible for industry disruption. This may be true, but times are changing fast. The demands of creating a more sustainable economy will reinvent how companies use new technologies and think about innovation. Leaders will be forcing radical, rather than incremental, change.

This is the second in a series of articles highlighting how deep tech—the problem-driven application of advanced technologies to address large-scale issues—can help deliver superior value and growth while enabling companies to achieve their sustainability goals.