kautta historian insinööreillä on ollut syvällinen vaikutus yhteiskuntaan ja maailmaan. Antiikin kreikkalaisista ja roomalaisista lähtien insinööritaito on mahdollistanut ja ajanut imperiumeja tukeneita talouksia. Ensimmäinen ja toinen teollinen vallankumous toivat mukanaan insinöörin ammatin virallistamisen. Se, mitä insinöörinä oleminen merkitsee, kietoutui yhteen niiden suurten haasteiden kanssa, joita siihen aikaan käsiteltiin.
nämä ”suuret haasteet” ovat kuvailleet tietoisesti tai muuten, mitä insinöörinä oleminen tarkoittaa. Maa-ja vesirakentaminen syntyi pyrkimyksestä soveltaa sotilaallisiin tarkoituksiin kehitettyjä teknologioita laajemman siviiliyhteiskunnan hyödyksi. Teollistuminen ajoi vaatimuksia uusille erikoistumisaloille koneenrakennukseen ja myöhemmin sähkötekniikkaan. Viime aikoina energiaintensiivisen teollisuuden syntyminen edellytti uuden sukupolven tieteenaloja, mukaan lukien oma kemian-ja prosessitekniikka. Kun siirrymme neljänteen tiedon ja viestinnän ympärille perustuvaan vallankumoukseen, syntyy epäilemättä uusia tieteenaloja.
ammattina meidän pitäisi olla ylpeitä saavutuksistamme: miljardit on nostettu köyhyydestä; koulutuksesta ja hyvästä terveydestä on tullut odotettu normi useimmissa maissa; taloudet ovat täynnä innovaatioita ja luovuutta. Meidän on kuitenkin myös otettava vastuu edistyksen vaikutuksista: saastuminen vaarantaa maapallon ekosysteemit, uusiutumattomien luonnonvarojen ehtyminen on ennennäkemätöntä ja ennen kaikkea ilmaston muutokset ja ilmaston lämpeneminen uhkaavat koko yhteiskunnan olemassaoloa. Kenties ensimmäistä kertaa historiassa edessämme on itse aikaansaamamme suuri haaste!
ilmastonmuutoksen torjuminen
maailmanlaajuiselta yhteisöltä ei puutu kunnianhimoa tai kiireellisyyttä ilmastonmuutoksen suhteen. Hallitustenvälinen ilmastonmuutospaneeli (IPCC) on yli kolmenkymmenen vuoden ajan selittänyt ilmastonmuutosta koskevaa tieteellistä tapausta, joka rajoittaa maapallon lämpötilan nousua ja vähentää kasvihuonekaasupäästöjä. Lähes jokainen valtio hyväksyi vuoden 2015 Pariisin sopimuksen, jossa sitouduttiin rajoittamaan maapallon lämpötilan nousu alle 2°C: een ja samalla pyrittiin keinoihin rajoittaa se 1,5°C: een. Silti lähes kaikissa ponnistuksissa – uusiutuvien energialähteiden lisäämisessä, ydinenergian uudelleenergöinnissä tai hiilidioksidin talteenoton, käytön ja varastoinnin (CCUS) käyttöönotossa – olemme tällä hetkellä jäljessä vaadituista kehityssuunnista, kun taas absoluuttiset globaalit päästöt jatkavat kasvuaan. Kunnianhimo ja kiire eivät riitä, vaan tarvitaan myös käytännöllisiä ratkaisuja.
vuonna 2009 Cambridgen yliopiston ryhmä, joka oli huolissaan todellisen edistyksen puutteesta, esitti yksinkertaisen kysymyksen: millä olisi suuri merkitys? He havaitsivat, että maailman hiilipäästöjä ajoi kolme lähes yhtä suurta toimintaa: rakennusten, ajoneuvojen ja Teollisuuden energiankäyttö. Rakennusten ja ajoneuvojen osalta tehokkuuden parantaminen ja teknologian vaihtaminen olivat selkeitä teknisiä keinoja päästöjen vähentämiseksi, mutta teollisuus oli jo suhteellisen tehokasta, sillä oli vain vähän toteuttamiskelpoisia tuotantovaihtoehtoja ja materiaalikysynnän kasvu oli tulevaisuudessa merkittävää. Koska tällainen teollisuus on leimattu ”vaikeasti hiilidioksidipäästöjä vähentäväksi”.
Cambridgen tiimin ylistetty kirja, Sustainable Materials: Molemmat silmät auki (Allwood et al. 2012), hahmottelee teollisuuden kohtaamia hiilestä luopumisen haasteita ja käy läpi kaikki käytettävissä olevat vaihtoehdot. Kirja esittelee kaksi lähestymistapaa. ”Toinen silmä auki” kuvaa useita tavoiteltavia teknisiä vaihtoehtoja: energiatehokkuutta, lämmön talteenottoa, uusia prosessireittejä, yhteistuotantoa ja hiilettömää sähköä. Tiimi mallinsi näiden teknologioiden liikeradat vuoteen 2050, viidelle materiaalille. Jos jokainen teknologia otettaisiin käyttöön tekniseen rajaansa asti kullakin teollisuudenalalla, päästöt materiaalitonnia kohti voitaisiin puolittaa. Näiden materiaalien kysynnän odotetaan kuitenkin kaksinkertaistuvan vuoteen 2050 mennessä, mikä johtaa absoluuttisten päästöjen nollasäästöihin. Tämä on selvästi ongelma!
”molemmat silmät auki” esittää vaihtoehtoisen valikoiman lieventämisvaihtoehtoja, jotka on koottu ”materiaalitehokkuuden” varjolla: käyttämällä vähemmän materiaalia, vähentämällä satohäviöitä, ohjaamalla tuotantoromua muualle, käyttämällä uudelleen metallikomponentteja, pidentämällä tuotteiden käyttöikää ja vähentämällä loppukysyntää. Nämä kuusi vaihtoehtoa olivat perinteisesti jääneet teollisuuden huomaamatta, mutta uusilla liiketoimintamalleilla ja-lähestymistavoilla ne voisivat tulla kannattaviksi ja vähentää päästöjä. Näiden vaihtoehtojen mallintaminen oli haastavaa, mutta tulokset osoittivat, että viiden materiaalin materiaalitehokkuuden tavoittelu voisi puolittaa päästöt materiaalitonnia kohti vuoteen 2050 mennessä. Molempien vaihtoehtojen yhdistäminen (toinen silmä ja molemmat silmät auki) voisi johtaa 75 prosentin päästövähennykseen tonnia kohti, mikä vastaa absoluuttisten päästöjen puolittumista—todellista edistystä!
molemmilla lähestymistavoilla on merkittäviä haasteita,ja minkä tahansa vaihtoehdon menestyksekäs käyttöönotto vaatii vielä paljon työtä.
tämän analyysin avainkysymys on: mitä teollisuuden pitäisi tehdä? Tuottohäviöiden vähentäminen metalliteollisuudessa on hyvä alku: tällä hetkellä 25 prosenttia kaikesta teräksestä ja 50 prosenttia alumiinista ei koskaan valmistu tuotteeksi, vaan se sulatetaan uudelleen tehtaan sisällä tuhlaten energiaa ja tuottaen ei-toivottuja päästöjä. Toinen on parhaan ja huonoimman tuotantolaitoksen välisen kuilun kurominen umpeen, mikä voi joillakin teollisuudenaloilla olla jopa 30 prosenttia. Tämä edellyttää uutta metodologista lähestymistapaa, jossa otetaan huomioon energian ja materiaalien vuorovaikutus prosessilaitoksissa ja joka tarjoaa vertailukelpoisen mittarin siitä, miten tehokkaasti laitokset muuntavat resursseja (energiaa ja materiaaleja) tuotteiksi. Resurssitehokkuus tarjoaa tällaisen lähestymistavan.
resurssitehokkuus
teollisuuden resurssitehokkuuden parantaminen on yksi kustannustehokkaimmista vaihtoehdoista, joilla voidaan samanaikaisesti välttää niukkojen ja myrkyllisten resurssien tuhlaamista, vähentää käyttökustannuksia ja CO2-päästöjä sekä parantaa reagointikykyä tuleviin ilmastosäädöksiin. Yritysten kilpailukyvyn säilymisen edellytyksenä on itse asiassa se, että ymmärretään laitoksen resurssien käytön nykytila, siihen vaikuttavat tekijät ja mahdollisuudet minimoida se.
hyvä uutinen on, että on olemassa musertavaa näyttöä siitä, että prosessiteollisuuden kiertotalouden ja resurssitehokkuuden parantamismahdollisuudet ovat valtavat. Nykyiset mittarit ovat kuitenkin tehottomia: niitä arvostellaan siitä, ettei parannustoimien Energia-ja ympäristövaikutuksia pystytä asianmukaisesti määrittämään. Lisäksi nämä mittarit antavat tyypillisesti tietoa maan tai maailman tasolla, mutta niitä on vaikea soveltaa resurssivaltaiseen materiaalituotantoon. Tällaisille teollisuudenaloille kiertosuuntausstrategioiden soveltaminen päästöjen vähentämiseksi tarkoittaa käytännössä resurssien (energian ja materiaalien) kokonaispanosten ja-jätteen vähentämistä tuotetonnia kohti.
tiedämme, että mittaaminen on teollisen tuotannon opinkappale. Yrityksen luotettavuuden, turvallisuuden tai tuotannon laadun ymmärtäminen edellyttää niiden suorituskyvyn mittareiden seuraamista. Resurssitehokkuudessa ei ole eroa. Ensimmäinen askel resurssitehokkuuden lisäämisessä on numerointi. Osakkeenomistajat painostavat yhä enemmän resurssitehokkaiden alojen toimitusjohtajia kertomaan, miten he valmistautuvat vähähiiliseen talouteen ja esittelemään kestäviä liiketoimintastrategioitaan. Tämä paine johtaa sitten vaatimukseen, jonka mukaan työmaapäälliköiden on kvantifioitava toiminnalliset resurssitehokkuutensa. Managereilla on kuitenkin vaikeuksia keksiä mielekästä mittaria.
miten yritys voi siis mitata riittävästi integroitua resurssitehokkuuttaan? Emerson on kehittänyt yhdessä Cambridgen yliopiston kanssa insinööriratkaisun, joka perustuu vakiintuneeseen termodynamiikkaan. Vaikka tämä 1900-luvulla kehitetty menetelmä (tunnetaan yleisesti nimellä exergy tai availability) on kokenut renessanssin kahden viime vuosikymmenen aikana.
lähestymistapa jäljittää resurssien käytön koko tuotantojärjestelmässä ja luonnehtii resursseja kahden komponentin yhdistelmäksi: kemiallinen osa, joka perustuu resurssin koostumukseen ja pitoisuuteen; ja fysikaalinen osa, joka selittää resurssin lämpötilan ja paineen. Termodynamiikan avulla voidaan eritellä kemiallisia ja fysikaalisia resurssikomponentteja, mikä mahdollistaa myös näiden resurssien laadun ja määrän mittaamisen. Tämä on tärkeää, koska kaikki resurssit eivät ole yhtä arvokkaita. Haluamme varmistaa, että yksilöimämme tehostamistoimet keskittyvät resursseihin, joilla on suurin vaikutus CO2-päästöihin.
toisin kuin perinteiset energiaintensiteettimittarit tai materiaalitehokkuusmittarit, tämä uusi indikaattori yhdistää Energia-ja materiaalivirrat yhdeksi dimensiottomaksi luvuksi. Näin se yhdistää useita KPI: itä, jotka tällä hetkellä mittaavat resurssien käyttöä eri näkökulmista. Tämän seurauksena tuottajilla on valtuudet tehdä oikeita valintoja oikeaan aikaan, samalla kun käytettävissä olevia tehokkuusvaihtoehtoja laajennetaan ja väistämättömiä kompromisseja hyödynnetään.
tämän perusteella voimme nyt mitata resurssitehokkuutta hyödyllisten resurssituotosten ja resurssipanosten suhteena. Näiden menetelmien tulokset perustuvat tarkkoihin Energia-ja materiaalivirtasensoritietoihin, ja ne on vahvistettu tarkkojen tiedonkeruu -, puhdistus-ja analysointiprosessien avulla.
yritysten resurssitehokkuuden mittaaminen on mielekästä, ja ne voivat nyt hallita ja seurata resurssitehokkuuttaan alhaalta ylöspäin-olipa kyse sitten reaaliaikaisista hallinnointijärjestelmistä, operatiivisen suorituskyvyn tarkastelusta tai alakohtaisten vertailuarvojen kehittämisestä. Kaikkien kolmen toiminnon integrointi johtoportailla ja koko arvoketjussa olisi ihanteellista.
Engineering reduced
We ’ ve taken huikeat harppaukset in making the process industries that we work in safe. Nyt on tartuttava yhtä päättäväisesti ilmastonmuutokseen ja hiilineutraaliuteen. Monien uramuistissa vakavat loukkaantumiset ja kuolemantapaukset leimasivat prosessiteollisuuden toimintaa. Asian korjaamiseksi on tehty ja tehdään edelleen poikkeuksellisia ponnisteluja. Ajatus nollavammoista on siirtynyt hurjasta pyrkimyksestä odotettuun normiin, jossa turvallisuus on jokaisen kemianinsinöörin keskeinen painopiste. Olemme ympäröineet itsemme käytännöillä, menettelyillä ja määräyksillä, jotka institutionalisoivat tämän ajattelun ja varmistavat jatkuvan parantamisen, mutta millä hinnalla meidän ammattimme?
viimeisten 30-40 vuoden aikana insinöörien ominaispiirteet ovat muuttuneet. Kun menettelyt ovat automatisoituneet ja institutionalisoituneet ja turvallisuuskäytännöt standardoituneet ja kaavamaiset, jotkut väittävät, että insinöörit ovat siirtyneet sääntöjen rikkojista ja sääntöjen laatijoista valtaosin sääntöjen seuraajiksi. Tehokkuus ja yhdenmukaisuus ovat ohittaneet innovaation ja luovuuden arvostetuimpina ominaisuuksina.
ironista kyllä, koska halukkuutemme ja kykymme innovoida ammattina ovat vähentyneet, kohtaamme ehkä kaikkein suurimman haasteen – miten suojella planeettaamme ilmastonmuutoksen vaikutuksilta vahingoittamatta talousjärjestelmiä, jotka ovat tehneet niin paljon ihmisten nostamiseksi köyhyydestä. Koskaan ei ole ollut kiireellisempää tarvetta ominaisuuksille ja kyvyille, jotka ovat määritelleet insinöörien ja insinöörien vuosisatojen ajan. Meidän on löydettävä perintömme uudelleen ja opittava palkitsemaan riskinotto ja vaihtoehtoinen ajattelu – turvallisuudesta tinkimättä. Meidän on vaalittava uudistunutta sääntötajua ja opittava sietämään ja hallitsemaan sopiva määrä sääntöjen rikkomista – koska jos emme tee niin, emmekä pysty täyttämään vastuutamme ilmastonmuutoksesta ja kykyämme vaikuttaa siihen, ei ole olemassa vaihtoehtoisia ryhmiä, joilla olisi tarvittavaa tietoa ja asiantuntemusta ottaaksemme paikkamme.
keskeistä tässä on jatkuva tarve houkutella oikeita lahjakkuuksia, kehittää ja säilyttää heitä ammatissa.
meidän on erityisesti vaalittava ja tuettava niitä, joilla on ajattelutapa haastaa käyttäytymistä ja tehdä uusista säännöistä välttämättömiä tämän viimeisimmän suuren haasteen voittamiseksi.
yleinen käsitys teollisuudestamme on väärä ja harhainen, ja meidän on varmistettava, ettemme säilytä myyttiä. Insinööreillä ja teollisuudella on paljon toimintaa tämän suurimpien haasteiden ratkaisemiseksi – yhteistyötä tehdään sellaisten organisaatioiden ja liittoutumien kautta kuin Oil & Gas Climate Initiative (OGCI) ja Task Force on Climate-related Disclosures (Tfcd), jotta edistyminen olisi mahdollisimman nopeaa ja vaikuttavaa. IChemE on uudistanut omaa strategiaansa vastaamaan YK: n kestävän kehityksen tavoitteita ja tekniikan suuria haasteita (mene katsomaan niitä, jos et tiedä, mitä ne ovat).
jatkamme näitä teemoja ja alamme muuttaa keskustelua APAC 2019-tapahtumassa, jossa prosessiautomaation ja ohjauksen johtohahmot kokoontuvat tarkastelemaan niinkin monipuolisia teemoja kuin kestävää kehitystä, kehittyviä teknologioita ja kyberturvallisuutta. Lisätietoja: https://www.icheme.org/career/events/advances-in-process-automation-and-control/