v průběhu historie inženýři měli hluboký dopad na společnost a svět. Od starověkých Řeků a Římanů, inženýrská zdatnost umožnila a řídila ekonomiky, které podporovaly říše. První a druhá průmyslová revoluce s sebou přinesla formalizaci profese strojírenství. To, co to znamená být inženýrem, se prolínalo s dopadem velkých výzev, které byly v té době řešeny.
tyto „velké výzvy“ charakterizovaly, vědomě nebo jinak, co to znamená být inženýrem. Stavební inženýrství se vynořilo z touhy aplikovat technologie vyvinuté pro vojenské účely ve prospěch širší, civilní společnost. Industrializace řídila požadavky na nové specializace ve strojírenství a později v elektrotechnice. Nedávno vznik energeticky náročných průmyslových odvětví vyžadoval novou generaci oborů včetně našeho vlastního chemického a procesního inženýrství. Jak procházíme čtvrtou revolucí založenou na datech a komunikaci, bezpochyby se objeví další soubor disciplín.
jako profese bychom měli být hrdí na to, čeho jsme dosáhli: miliardy byly vyvedeny z chudoby; vzdělání a dobré zdraví se staly očekávanou normou ve většině zemí; ekonomiky jsou živé inovacemi a kreativitou. Musíme však také přijmout odpovědnost za dopad, který měl pokrok: znečištění ohrožuje ekosystémy na celé planetě; dochází k bezprecedentnímu vyčerpání neobnovitelných zdrojů; a nejvýznamnější ze všech, změny klimatu a globální oteplování ohrožují samotnou existenci společnosti. Snad poprvé v historii čelíme velké výzvě naší vlastní tvorby!
řešení změny klimatu
globální společenství nemá ambice ani naléhavost, pokud jde o změnu klimatu. Mezivládní Panel pro změnu klimatu (IPCC) již více než třicet let vysvětluje vědecký případ změny klimatu, omezuje globální nárůst teploty a snižuje emise skleníkových plynů. Pařížská dohoda z roku 2015 byla přijata téměř každým národem a zavázala se omezit globální zvýšení teploty pod 2°C a zároveň usilovat o prostředky k jeho omezení na 1,5°C. Přesto téměř při každém úsilí-rozšiřování obnovitelných zdrojů, obnovování energie z jaderné energie nebo zavádění zachycování, využívání a ukládání uhlíku (CCU) – v současné době zaostáváme za požadovanými trajektoriemi, zatímco absolutní globální emise stále rostou. Ambice a naléhavost nestačí, potřebujeme také pragmatická řešení.
v roce 2009 položil tým Cambridge University, znepokojený nedostatkem skutečného pokroku, jednoduchou otázku: co by znamenalo velký rozdíl? Zjistili, že globální emise uhlíku byly poháněny třemi téměř stejnými činnostmi: využití energie v budovách, ve vozidlech a v průmyslu. Pro budovy a vozidla zlepšení účinnosti a přepínání technologií byly jasné technické cesty pro snížení emisí, ale průmysl byl již relativně efektivní, vlastnil několik životaschopných výrobních alternativ, a čelil významnému budoucímu růstu poptávky po materiálech. Jako takové odvětví bylo označeno jako „obtížné dekarbonizovat“.
uznávaná kniha týmu Cambridge Sustainable Materials: S oběma očima otevřenými (Allwood et al. 2012), nastiňuje výzvy dekarbonizace, kterým čelí průmysl, a přezkoumává všechny Dostupné možnosti. Kniha představuje dva přístupy. „S jedním okem otevřeným“ popisuje řadu technických možností, které jsou sledovány: energetická účinnost, zachycování tepla, nové procesní cesty, CCU a dekarbonizovaná elektřina. Tým modeloval trajektorie těchto technologií do roku 2050 pro pět materiálů. Pokud by byla každá technologie nasazena do svého technického limitu v každém odvětví, mohly by se emise na tunu materiálu snížit na polovinu. Očekává se však, že poptávka po těchto materiálech se do roku 2050 zdvojnásobí, což má za následek nulové úspory absolutních emisí. To je zjevně problém!
„s oběma očima otevřenými“ nastiňuje alternativní škálu možností zmírnění, seskupených pod hlavičkou „materiálové účinnosti“: použití méně materiálu podle návrhu, snížení ztrát výnosu, přesměrování výrobního šrotu, opětovné použití kovových součástí, delší životnost výrobků a snížení konečné poptávky. Těchto šest možností bylo tradičně přehlíženo průmyslem, ale s novými obchodními přístupy a modely, ty by se mohly stát ziskovými a zmírnit emise. Modelování těchto možností bylo náročné, ale výsledky ukázaly, že snaha o materiálovou účinnost napříč pěti materiály by mohla do roku 2050 snížit emise na tunu materiálu na polovinu. Kombinace obou možností dohromady (jedno oko a obě oči otevřené) by mohla vést k 75% snížení emisí na tunu, což by se rovnalo snížení absolutních emisí na polovinu—skutečný pokrok!
oba přístupy čelí významným výzvám a k úspěšnému nasazení jakékoli možnosti v měřítku je stále zapotřebí velkého úsilí.
z této analýzy vyplývá klíčová otázka: co by měl průmysl dělat? Snížení ztrát výnosu v kovoprůmyslu je dobrý začátek: v současné době 25% veškeré oceli a 50% veškerého hliníku z ní nikdy nedělá produkt, ale je znovu roztaveno v závodě, plýtvá energií a produkuje nežádoucí emise. Dalším je uzavření mezery mezi nejlepšími a nejhoršími provozy, které mohou být pro některá průmyslová odvětví až 30%. K tomu je zapotřebí nový metodický přístup, který bere v úvahu interakce mezi energií a materiály v procesních zařízeních a poskytuje srovnatelnou metriku toho, jak efektivně rostliny transformují zdroje (energii a materiály) na produkty. Účinnost zdrojů poskytuje takový přístup.
účinnost zdrojů
zlepšení účinnosti průmyslových zdrojů je jednou z nákladově nejefektivnějších možností, jak současně zabránit plýtvání vzácnými a toxickými zdroji, snížit provozní náklady a emise CO2 a zlepšit schopnost reagovat na budoucí klimatické předpisy. Pochopení současného stavu využívání zdrojů zařízení, faktorů, které ho řídí, a příležitostí k jeho minimalizaci je ve skutečnosti předpokladem pro to, aby společnosti zůstaly konkurenceschopné.
dobrou zprávou je, že existují ohromující důkazy o tom, že potenciál zlepšení kruhových opatření a opatření účinnosti zdrojů v procesním průmyslu je obrovský. Současná řada metrik, nicméně, jsou neúčinné: jsou kritizováni za to, že nedokázali vhodně kvantifikovat energetické a environmentální dopady zásahů zlepšení. Dále, tyto metriky obvykle poskytují přehled na národní nebo globální úrovni, ale je obtížné je aplikovat na výrobu materiálu náročného na zdroje. Pro tato průmyslová odvětví znamená použití strategií cirkularity ke snížení emisí v praxi snížení celkových vstupů zdrojů a plýtvání (energií a materiálů) na tunu produktu.
víme, že měření je dogma průmyslové výroby. Pochopení spolehlivosti, bezpečnosti nebo kvality výroby společnosti vyžaduje sledování jejich relevantních metrik výkonu. Efektivita zdrojů se neliší. Prvním krokem ke zvýšení efektivity zdrojů je uvedení čísla na něj. Generální ředitelé z odvětví náročných na zdroje se dostávají pod zvýšený tlak akcionářů, aby zveřejnili, jak se připravují na nízkouhlíkovou ekonomiku, a aby předvedli své udržitelné obchodní strategie. Tento tlak se pak promítá do požadavků správců stránek na kvantifikaci jejich efektivity provozních zdrojů. Manažeři se však snaží přijít se smysluplnou metrikou.
jak tedy může společnost adekvátně měřit svou integrovanou efektivitu zdrojů? Spolu s University of Cambridge vyvinul Emerson technické řešení založené na dobře zavedené termodynamice. Ačkoli byl navržen v 1900s, tato metoda (běžně známá jako exergy nebo dostupnost) zažila renesanci v posledních dvou desetiletích.
tento přístup sleduje využití zdrojů v celých výrobních systémech a charakterizuje zdroje jako kombinaci dvou složek: chemická část, na základě složení a koncentrace zdroje; a fyzická část, která odpovídá za teplotu a tlak zdroje. Použití termodynamiky k členění chemických a fyzikálních složek zdrojů nám také umožňuje měřit kvalitu i množství těchto zdrojů. To je klíčové, protože ne všechny zdroje jsou stejně cenné. Chceme zajistit, aby se opatření ke zlepšení účinnosti, která identifikujeme, zaměřila na zdroje, které mají největší rozdíl v emisích CO2.
na rozdíl od konvenčních metrik energetické náročnosti nebo materiálové účinnosti tento nový ukazatel integruje toky energie a materiálu do jediného bezrozměrného čísla. Přitom konsoliduje více KPI, které v současné době měří využití zdrojů z různých hledisek. Výsledkem je, že výrobci jsou oprávněni činit správná rozhodnutí ve správný čas, přičemž rozšiřují šíři dostupných možností účinnosti a zachycují nevyhnutelné kompromisy.
na základě toho můžeme nyní měřit efektivitu zdrojů jako poměr užitečných výstupů zdrojů ke vstupům zdrojů. Výsledky těchto metod jsou založeny na přesných datech senzorů energie a toku materiálu a jsou doloženy přísnými procesy sběru, čištění a analýzy dat.
vyzbrojeni smysluplným měřítkem efektivity zdrojů mohou společnosti nyní spravovat a sledovat svou efektivitu zdrojů zdola nahoru – ať už prostřednictvím systémů řízení v reálném čase, přezkumů provozního výkonu nebo vývojem odvětvových referenčních hodnot. Integrace všech tří činností podél žebříčku řízení a napříč hodnotovým řetězcem by byla ideální.
Engineering redefined
udělali jsme obrovské pokroky v tom, aby procesní průmysl, ve kterém pracujeme, byl bezpečný. Nyní musíme řešit otázku změny klimatu a uhlíkové neutrality se stejným odhodláním. V rámci kariéry-paměť mnoha z nás, vážná zranění a úmrtí charakterizovala provoz procesního průmyslu. Bylo a je vyvíjeno mimořádné úsilí k řešení tohoto problému. Myšlenka nulových zranění se posunula od divoké aspirace k očekávané normě, přičemž bezpečnost je ústředním zaměřením každého chemického inženýra. Obklopili jsme se postupy, postupy a předpisy, které institucionalizují toto myšlení a zajišťují neustálé zlepšování,ale za jakou cenu pro naši profesi?
v posledních 30-40 letech se definující charakteristiky inženýrů změnily. Jak se postupy staly automatizovanými a institucionalizovanými, a bezpečnostní postupy standardizované a formální, někteří argumentují, že inženýři přesunuli spektrum od narušitelů pravidel a tvůrců pravidel k tomu, aby byli převážně následovníky pravidel. Účinnost a shoda předstihly inovace a kreativitu jako nejcennější vlastnosti.
Je ironií, že vzhledem k tomu, že se naše ochota a schopnost profese inovovat snižuje, čelíme možná největší výzvě ze všech-jak chránit naši planetu před dopady změny klimatu, aniž by došlo k poškození ekonomických systémů, které tolik učinily pro vyvedení lidí z chudoby. Nikdy nebyla naléhavější potřeba kvalit a schopností, které definovaly inženýrství a inženýry po staletí. Musíme znovu objevit naše dědictví a naučit se odměňovat riskování a alternativní myšlení-aniž bychom ohrozili bezpečnost. Musíme podporovat obnovený smysl pro vytváření pravidel a naučit se tolerovat a řídit přiměřené množství porušování pravidel – protože pokud tak neučiníme a nedokážeme dostát svým odpovědnostem a schopnostem ovlivnit změnu klimatu, neexistují žádné alternativní skupiny se znalostmi a odbornými znalostmi nezbytnými k tomu, abychom zaujali naše místo.
ústředním bodem je trvalá potřeba přilákat ty správné talenty, rozvíjet je a udržet je v rámci profese.
zvláště musíme vychovávat a podporovat ty, kteří mají myšlení, aby zpochybnili chování a učinili nová pravidla nezbytná pro překonání této poslední velké výzvy.
veřejné vnímání našeho průmyslu je špatné a zavádějící a musíme se ujistit, že mýtus nezachováváme. Inženýři a průmysl se zabývají touto největší výzvou – spolupracují prostřednictvím organizací a aliancí, jako je iniciativa Oil & Gas Climate Initiative (OGCI) a Task Force on Climate-related Disclosures (TFCD), aby zajistily co nejrychlejší a nejefektivnější pokrok. IChemE revidovala svou vlastní strategii tak, aby odpovídala cílům udržitelného rozvoje OSN a inženýrským velkým výzvám (jděte a podívejte se na ně, pokud nevíte, co jsou).
budeme pokračovat v těchto tématech a začneme měnit konverzaci na APAC 2019, kde se shromáždí přední osobnosti z oblasti automatizace a řízení procesů, aby se podívali na témata tak různorodá, jako je udržitelnost, vznikající technologie a kybernetická bezpečnost. Pro více informací navštivte: https://www.icheme.org/career/events/advances-in-process-automation-and-control/