gedurende de geschiedenis hebben ingenieurs een diepgaande impact gehad op de samenleving en de wereld. Sinds de oude Grieken en Romeinen, engineering dapperheid heeft mogelijk gemaakt en gedreven de economieën die rijken ondersteund. De eerste en tweede industriële revolutie brachten de formalisering van het beroep van ingenieur met zich mee. Wat het betekent om ingenieur te zijn werd verweven met de impact van de grote uitdagingen die op dat moment werden aangepakt.
deze “grote uitdagingen” hebben, bewust of anderszins, gekarakteriseerd wat het betekent om ingenieur te zijn. Civiele techniek is voortgekomen uit het streven om voor militaire doeleinden ontwikkelde technologieën toe te passen ten behoeve van een bredere civiele samenleving. Industrialisatie vormde de basis voor nieuwe specialisaties in machinebouw en later elektrotechniek. Meer recent vereiste de opkomst van energie-intensieve industrieën een nieuwe generatie disciplines, waaronder onze eigen chemische en procestechniek. Terwijl we door een vierde revolutie gaan die gebaseerd is op data en communicatie, zal er ongetwijfeld een andere set disciplines ontstaan.
als beroep moeten we grote trots zijn op wat we hebben bereikt: miljarden zijn uit de armoede gehaald; onderwijs en een goede gezondheid zijn de verwachte norm geworden in de meeste landen; economieën bruisen van innovatie en creativiteit. Maar we moeten ook de verantwoordelijkheid op ons nemen voor de gevolgen die de vooruitgang heeft gehad: vervuiling brengt ecosystemen over de hele planeet in gevaar; Er is een ongekende uitputting van niet-hernieuwbare hulpbronnen; en het belangrijkste van alles is dat veranderingen in het klimaat en de opwarming van de aarde een bedreiging vormen voor het bestaan zelf van de samenleving. Misschien staan we voor het eerst in de geschiedenis voor een grote uitdaging die we zelf hebben gecreëerd!
aanpak van klimaatverandering
de wereldwijde gemeenschap mist geen ambitie of urgentie als het gaat om klimaatverandering. Het Intergovernmental Panel for Climate Change (IPCC) heeft al meer dan dertig jaar De wetenschappelijke argumenten voor klimaatverandering uiteengezet, waarbij de wereldwijde temperatuurstijging wordt beperkt en de uitstoot van broeikasgassen wordt verminderd. De overeenkomst van Parijs van 2015 werd door bijna elk land aangenomen, waarbij werd toegezegd de wereldwijde temperatuurstijging te beperken tot minder dan 2°C, terwijl werd gestreefd naar middelen om deze te beperken tot 1,5°C. Maar bij bijna elke inspanning-het opschalen van hernieuwbare energiebronnen, het opnieuw opwekken van kernenergie of het inzetten van koolstofafvang, – gebruik en-opslag (ccus) – lopen we momenteel de vereiste trajecten achter, terwijl de absolute wereldwijde emissies blijven stijgen. Ambitie en urgentie zijn niet genoeg; we hebben ook pragmatische oplossingen nodig.In 2009 stelde een team van de Universiteit van Cambridge, bezorgd over het gebrek aan echte vooruitgang, de eenvoudige vraag: wat zou een groot verschil maken? Ze ontdekten dat de wereldwijde koolstofuitstoot werd gedreven door drie bijna gelijke activiteiten: energieverbruik in gebouwen, voertuigen en in de industrie. Voor gebouwen en voertuigen waren efficiëntieverbeteringen en de overstap naar technologie duidelijke technische wegen om de emissies te verminderen, maar de industrie was al relatief efficiënt, beschikte over weinig levensvatbare productiealternatieven en zag zich geconfronteerd met een aanzienlijke toekomstige groei van de vraag naar materialen. Als zodanig heeft de industrie het etiket “moeilijk koolstofvrij te maken” gekregen.
het veelgeprezen boek van het Cambridge-team, Sustainable Materials: Met beide ogen Open (Allwood et al. 2012), schetst de uitdagingen voor het koolstofarm maken van de industrie en evalueert alle beschikbare opties. Het boek presenteert twee benaderingen. “Met één oog open” beschrijft een reeks technische opties die worden nagestreefd: energie-efficiëntie, warmteafvang, nieuwe procesroutes, CCUS ‘ s en koolstofarme elektriciteit. Het team modelleerde de trajecten van deze technologieën tot 2050, voor vijf materialen. Als elke technologie in elke industrie tot aan haar technische limiet zou worden ingezet, zou de uitstoot per ton materiaal kunnen worden gehalveerd. Verwacht wordt echter dat de vraag naar deze materialen tegen 2050 zal verdubbelen, wat resulteert in een absolute emissiereductie van nul. Dit is duidelijk een probleem!
“With both eyes open” schetst een alternatieve reeks mitigatieopties, gebundeld onder de vlag van “material efficiency”: minder materiaal door ontwerp gebruiken, opbrengstverliezen verminderen, productieschroot omleiden, metalen onderdelen hergebruiken, producten met een langere levensduur en de eindvraag verminderen. Deze zes opties werden traditioneel over het hoofd gezien door de industrie, maar met nieuwe bedrijfsbenaderingen en-modellen kunnen deze winstgevend worden en de emissies verminderen. Het modelleren van deze opties was een uitdaging, maar uit de resultaten bleek dat het nastreven van materiaalefficiëntie voor de vijf materialen de emissies per ton materiaal tegen 2050 zou kunnen halveren. Het combineren van beide opties (één oog en beide ogen open) zou kunnen leiden tot een vermindering van 75% van de emissies per ton, gelijk aan een halvering van de absolute emissies—enige echte vooruitgang!
beide benaderingen staan voor aanzienlijke uitdagingen en er is nog veel werk nodig om elke optie op schaal succesvol uit te voeren.
een belangrijke vraag die uit deze analyse naar voren komt, is: wat moet de industrie doen? Het verminderen van opbrengstverliezen in de metaalindustrie is een goed begin: momenteel maakt 25% van al het staal en 50% van al het aluminium er nooit een product van, maar wordt opnieuw gesmolten in de fabriek, waardoor energie wordt verspild en ongewenste emissies worden veroorzaakt. Een andere is het dichten van de kloof tussen de best en slechtst presterende fabrieken, die kan oplopen tot 30% voor sommige industrieën. Hiervoor is een nieuwe methodologische aanpak nodig die rekening houdt met de interacties tussen energie en materialen in procesinstallaties en een vergelijkbare maatstaf biedt van hoe efficiënt installaties grondstoffen (energie en materialen) omzetten in producten. Hulpbronnenefficiëntie biedt een dergelijke aanpak.
hulpbronnenefficiëntie
verbetering van de industriële hulpbronnenefficiëntie is een van de meest kosteneffectieve opties om tegelijkertijd verspilling van schaarse en toxische hulpbronnen te voorkomen, de exploitatiekosten en CO2-emissies te verminderen en de reactie op toekomstige klimaatregelgeving te verbeteren. In feite is inzicht in de huidige stand van zaken met betrekking tot het gebruik van hulpbronnen, de factoren die aan deze faciliteit ten grondslag liggen en de mogelijkheden om deze tot een minimum te beperken, een voorwaarde voor bedrijven om concurrerend te blijven.Het goede nieuws is dat er overweldigende aanwijzingen zijn dat het verbeteringspotentieel van circulaire en hulpbronnenefficiëntiemaatregelen in de procesindustrie enorm is. De huidige reeks metrics is echter ondoeltreffend: ze worden bekritiseerd omdat ze de energie-en milieueffecten van verbeteringsmaatregelen niet adequaat kwantificeren. Bovendien bieden deze statistieken doorgaans inzicht op nationaal of mondiaal niveau, maar zijn ze moeilijk toe te passen op grondstoffenintensieve materiaalproductie. Voor dergelijke industrieën betekent het toepassen van circulariteitsstrategieën om de emissies in de praktijk te verminderen dat de totale input van hulpbronnen en de verspilling van (energie en materialen) per ton product wordt verminderd.We weten dat meting het dogma van de industriële productie is. Het begrijpen van de betrouwbaarheid, veiligheid of productiekwaliteit van een bedrijf vereist het bijhouden van de relevante prestatiegegevens. Hulpbronnenefficiëntie is niet anders. De eerste stap om hulpbronnenefficiënter te worden, is door er een nummer op te zetten. CEO ‘ s uit hulpbronnenintensieve sectoren staan onder toenemende druk van aandeelhouders om bekend te maken hoe zij zich voorbereiden op de koolstofarme economie en om hun duurzame bedrijfsstrategieën te demonstreren. Deze druk vertaalt zich vervolgens in eisen voor site managers om hun operationele hulpbronnenefficiëntie te kwantificeren. Echter, managers worstelen om te komen met een zinvolle maatstaf.Hoe kan een bedrijf zijn geïntegreerde hulpbronnenefficiëntie op adequate wijze meten? Samen met de Universiteit van Cambridge heeft Emerson een technische oplossing ontwikkeld op basis van gevestigde thermodynamica. Hoewel bedacht in de jaren 1900, deze methode (algemeen bekend als exergy of beschikbaarheid) heeft een renaissance in de afgelopen twee decennia.
de aanpak traceert het gebruik van hulpbronnen in volledige productiesystemen en karakteriseert hulpbronnen als een combinatie van twee componenten: een chemisch gedeelte, gebaseerd op de samenstelling en concentratie van de hulpbron; en een fysiek gedeelte, dat verantwoordelijk is voor de temperatuur en druk van de hulpbron. Het gebruik van thermodynamica om chemische en fysische grondstoffencomponenten uit te splitsen stelt ons ook in staat om zowel de kwaliteit als de kwantiteit van deze grondstoffen te meten. Dit is essentieel omdat niet alle middelen even waardevol zijn. We willen ervoor zorgen dat de efficiëntieverbeteringsmaatregelen die we identificeren, gericht zijn op de middelen die het grootste verschil maken voor de CO2-uitstoot.
in tegenstelling tot conventionele energie-intensiteit of materiaalefficiëntie, integreert deze nieuwe indicator energie-en materiaalstromen in één enkel dimensieloos getal. Daarbij consolideert het meerdere KPI ‘ s die op dit moment het hulpbronnengebruik vanuit verschillende standpunten meten. Als gevolg daarvan zijn producenten in staat om de juiste keuzes te maken op het juiste moment, terwijl ze tegelijkertijd de beschikbare efficiëntieopties vergroten en onvermijdelijke afwegingen maken.
op basis hiervan kunnen we nu resource efficiency meten als een verhouding tussen nuttige resource outputs en resource input. De resultaten van deze methoden zijn gebaseerd op nauwkeurige energie-en materiaalstroomsensorgegevens en worden onderbouwd door middel van rigoureuze gegevensverzamelings -, reinigings-en analyseprocessen.
met een zinvolle maatstaf voor hulpbronnenefficiëntie kunnen bedrijven hun hulpbronnenefficiëntie nu van onderaf beheren en volgen-zij het via real – time managementsystemen, operationele prestatiebeoordelingen of de ontwikkeling van sectorbrede benchmarks. De integratie van alle drie de activiteiten langs de managementladder en over de waardeketen heen zou ideaal zijn.
Engineering redefined
we hebben enorme stappen gezet om de procesindustrieën waarin we werken veilig te maken. We moeten nu de kwestie van klimaatverandering en koolstofneutraliteit met dezelfde vastberadenheid aanpakken. Binnen het carrièregeheugen van velen van ons kenmerkten zware letsels en dodelijke slachtoffers de werking van de procesindustrie. Er zijn en worden buitengewone inspanningen geleverd om dit probleem aan te pakken. Het idee van nul verwondingen is verschoven van een wilde aspiratie naar de verwachte norm met veiligheid een centrale focus van elke chemische ingenieur. We hebben onszelf omringd met praktijken, procedures en regelgeving die dit denken institutionaliseren en zorgen voor voortdurende verbetering, maar tegen welke kosten voor ons beroep?
in de laatste 30-40 jaar zijn de definiërende kenmerken van ingenieurs veranderd. Aangezien de procedures geautomatiseerd en geïnstitutionaliseerd zijn en de veiligheidspraktijken gestandaardiseerd en formuleerbaar zijn, beweren sommigen dat ingenieurs het spectrum hebben verlegd van regelbrekers en regelmakers naar overwegend regelvolgers. Efficiëntie en conformiteit hebben innovatie en creativiteit als de meest gewaardeerde kenmerken ingehaald.Nu onze bereidheid en het vermogen om als beroep te innoveren afneemt, staan we ironisch genoeg voor misschien wel de grootste uitdaging van allemaal: hoe kunnen we onze planeet beschermen tegen de gevolgen van klimaatverandering zonder de economische systemen te schaden die zoveel hebben gedaan om mensen uit de armoede te halen? Er is nooit een dringender behoefte geweest aan de kwaliteiten en capaciteiten die engineering en ingenieurs eeuwenlang hebben gedefinieerd. We moeten ons erfgoed herontdekken en leren hoe we het nemen van risico ‘ s en alternatief denken kunnen belonen – zonder de veiligheid in gevaar te brengen. We moeten een hernieuwd gevoel van regelvorming bevorderen en leren om een passende hoeveelheid regelbreuk te tolereren en te beheren – want als we dat niet doen, en we niet voldoen aan onze verantwoordelijkheden voor en het vermogen om klimaatverandering te beïnvloeden, zijn er geen alternatieve groepen met de kennis en expertise die nodig zijn om onze plaats in te nemen.
Centraal hierbij staat de voortdurende noodzaak om het juiste talent aan te trekken, te ontwikkelen en te behouden binnen het beroep.
we moeten in het bijzonder degenen met de mentaliteit om gedrag aan te vechten koesteren en ondersteunen en de nieuwe regels essentieel maken om deze laatste grote uitdaging te overwinnen.
publieke perceptie van onze industrie is verkeerd en misplaatst, en we moeten ervoor zorgen dat we de mythe niet in stand houden. Er is een vloedgolf van activiteiten van ingenieurs en het bedrijfsleven om deze grootste uitdagingen aan te pakken – door samen te werken via organisaties en allianties zoals het oil & Gas Climate Initiative (OGCI) en de Task Force on Climate-related Disclosures (TFCD) om ervoor te zorgen dat de vooruitgang zo snel en effectief mogelijk is. IChemE heeft zijn eigen strategie herzien om te passen bij de UN Sustainable Development Goals en Engineering Grand Challenges (ga en neem een kijkje op hen als je niet weet wat ze zijn).
we zetten deze thema ’s voort en beginnen het gesprek te veranderen op APAC 2019, waar toonaangevende figuren uit het gebied van procesautomatisering en-controle samenkomen om thema’ s te bekijken die zo divers zijn als duurzaamheid, opkomende technologieën en cyber security. Voor meer informatie, zie: https://www.icheme.org/career/events/advances-in-process-automation-and-control/