a történelem során mérnökök volt mély hatással a társadalom és a világ. Az ókori görögök és rómaiak óta a mérnöki bátorság lehetővé tette és hajtotta a birodalmakat támogató gazdaságokat. Az első és a második ipari forradalom magával hozta a mérnöki szakma formalizálását. Mit jelent mérnöknek lenni, összefonódott az akkoriban megoldott nagy kihívások hatásával.
ezek a ‘nagy kihívások’ tudatosan vagy más módon jellemezték, mit jelent mérnöknek lenni. Az építőmérnöki tevékenység abból a törekvésből fakadt, hogy katonai célokra kifejlesztett technológiákat alkalmazzanak a szélesebb, polgári társadalom javára. Az iparosítás hajtotta az új gépészeti, majd később Villamosmérnöki szakterületek követelményeit. Újabban a megjelenése energiaigényes iparágak szükséges egy új generációs tudományágak, beleértve a saját kémiai és folyamat mérnöki. Ahogy haladunk a negyedik forradalom köré adatok és a kommunikáció, nem kétséges, egy sor tudományágak jelennek meg.
szakmaként nagyon büszkék lehetünk arra, amit elértünk: milliárdokat emeltek ki a szegénységből; az oktatás és a jó egészség a legtöbb országban elvárt normává vált; a gazdaságok élénkek az innovációval és a kreativitással. De felelősséget kell vállalnunk a haladás hatásáért is: a szennyezés veszélyezteti a bolygó ökoszisztémáit; a nem megújuló erőforrások példátlan kimerülése; és ami a legfontosabb, az éghajlatváltozás és a globális felmelegedés a társadalom létét fenyegeti. Talán a történelem során először szembesülünk egy saját magunk által készített nagy kihívással!
az éghajlatváltozás kezelése
a globális közösségnek nincs ambíciója vagy sürgőssége az éghajlatváltozással kapcsolatban. Az éghajlatváltozással foglalkozó kormányközi testület (IPCC) több mint harminc éve fejtegeti az éghajlatváltozás tudományos esetét, korlátozva a globális hőmérséklet-emelkedést és csökkentve az üvegházhatású gázok kibocsátását. A 2015-ös párizsi megállapodást szinte minden nemzet elfogadta, elkötelezve magát amellett, hogy a globális hőmérséklet-emelkedést 2 USD C alá korlátozza, miközben azt 1,5 USD C-re korlátozza. Mégis szinte minden erőfeszítés – a megújuló energiaforrások növelése, a nukleáris energia újbóli fellendítése vagy a szén-dioxid – leválasztás, – hasznosítás és-tárolás (CCC) – jelenleg elmarad a szükséges pályáktól, miközben az abszolút globális kibocsátás továbbra is növekszik. Az ambíció és a sürgősség nem elegendő; pragmatikus megoldásokra is szükségünk van.
2009-ben a Cambridge-i Egyetem csapata, aki aggódott a valódi haladás hiánya miatt, feltette az egyszerű kérdést: Mi lenne nagy különbség? Megállapították, hogy a globális szén-dioxid-kibocsátást három majdnem egyenlő tevékenység vezérelte: energiafelhasználás az épületekben, a járművekben és az iparban. Az épületek és a járművek esetében a hatékonyságjavítás és a technológiaváltás egyértelmű MŰSZAKI utat jelentett a kibocsátás csökkentéséhez, de az ipar már viszonylag hatékony volt, kevés életképes termelési alternatívával rendelkezett, és a jövőben jelentős anyagkereslet-növekedéssel kellett szembenéznie. Az ilyen iparágat nehéz szén-dioxid-mentesítésnek minősítették.
a Cambridge-i csapat elismert könyve, fenntartható anyagok: Mindkét szem nyitva (Allwood et al. 2012), felvázolja az ipar előtt álló dekarbonizációs kihívásokat, és áttekinti az összes rendelkezésre álló lehetőséget. A könyv két megközelítést mutat be. A ‘nyitott szemmel’ egy sor olyan műszaki lehetőséget ír le, amelyek megvalósítására törekednek: energiahatékonyság, hőelnyelés, új technológiai útvonalak, CCC-k és dekarbonizált villamos energia. A csapat öt anyag esetében modellezte e technológiák pályáit 2050-ig. Ha minden technológiát a műszaki határáig alkalmaznának minden iparágban, akkor az anyag tonnánkénti kibocsátása felére csökkenne. Ezen anyagok iránti kereslet azonban várhatóan 2050-re megduplázódik, ami nulla abszolút kibocsátásmegtakarítást eredményez. Ez egyértelműen probléma!
A’With both eyes open’ a ‘material efficiency’ (anyaghatékonyság) zászlaja alatt egy sor enyhítési lehetőséget vázol fel: kevesebb anyag felhasználása a tervezés során, a hozamveszteség csökkentése, a gyártási törmelék átirányítása, a fémalkatrészek újrafelhasználása, a hosszabb élettartamú termékek és a végső kereslet csökkentése. Ezt a hat lehetőséget az ipar hagyományosan figyelmen kívül hagyta, ám új üzleti megközelítésekkel és modellekkel ezek nyereségessé válhatnak és csökkenthetik a kibocsátást. Ezeknek a lehetőségeknek a modellezése kihívást jelentett, de az eredmények azt mutatták, hogy az öt anyag anyaghatékonyságának elérése 2050-re felére csökkentheti az anyag tonnánkénti kibocsátását. A két lehetőség együttes kombinálása (egy szem és mindkét szem nyitva) a tonnánkénti kibocsátás 75%—os csökkenéséhez vezethet, ami az abszolút kibocsátás felére csökkenésének felel meg-némi valódi előrelépés!
mindkét megközelítés jelentős kihívásokkal néz szembe, és még mindig sok erőfeszítésre van szükség ahhoz, hogy bármilyen méretű opciót sikeresen alkalmazzanak.
az elemzés egyik legfontosabb kérdése: mit kell tennie az iparnak? A kitermelési veszteségek csökkentése a fémiparban jó kezdet: jelenleg az összes acél 25%-A és az alumínium 50% – a soha nem válik termékké, hanem újra megolvad az üzemben, energiát pazarolva és nemkívánatos kibocsátást eredményezve. A másik a legjobb és a legrosszabbul teljesítő üzemek közötti szakadék megszüntetése, amely egyes iparágakban akár 30% is lehet. Ehhez új módszertani megközelítésre van szükség, amely figyelembe veszi az energia és az anyagok közötti kölcsönhatásokat a feldolgozó üzemekben, és összehasonlítható mutatót nyújt arról, hogy a növények milyen hatékonyan alakítják át az erőforrásokat (energiát és anyagokat) termékekké. Az erőforrás-hatékonyság ilyen megközelítést biztosít.
erőforrás-hatékonyság
az ipari erőforrás-hatékonyság javítása az egyik legköltséghatékonyabb lehetőség a szűkös és mérgező erőforrások pazarlásának elkerülésére, a működési költségek és a CO2-kibocsátás csökkentésére, valamint a jövőbeli éghajlati szabályozásokra való reagálás javítására. A vállalatok versenyképességének előfeltétele, hogy megértsék a létesítmény erőforrás-felhasználásának jelenlegi állapotát, az azt mozgató tényezőket és az annak minimalizálására rendelkezésre álló lehetőségeket.
a jó hír az, hogy elsöprő bizonyíték van arra, hogy a körkörös és erőforrás-hatékonysági intézkedések fejlesztési potenciálja hatalmas a feldolgozóiparban. A jelenlegi mérőszámok azonban hatástalanok: bírálják őket azért, mert nem számszerűsítik megfelelően a fejlesztési beavatkozások energetikai és környezeti hatásait. Ezenkívül ezek a mutatók általában országos vagy globális szinten nyújtanak betekintést, de nehéz alkalmazni az erőforrás-igényes anyagtermelésre. Az ilyen iparágak számára a körforgásos stratégiák alkalmazása a kibocsátás csökkentésére a gyakorlatban azt jelenti, hogy a termék tonnánkénti teljes erőforrás-inputját és (energia és anyagok) pazarlását csökkenteni kell.
tudjuk, hogy a mérés az ipari termelés dogmája. A vállalat megbízhatóságának, biztonságának vagy gyártási minőségének megértése szükségessé teszi a releváns teljesítménymutatók nyomon követését. Az erőforrás-hatékonyság nem különbözik egymástól. Az erőforrás-hatékonyság növelésének első lépése az, hogy számot adunk rá. Az erőforrás-igényes ágazatok vezérigazgatóira egyre nagyobb nyomás nehezedik a részvényesek részéről, hogy tegyék közzé, hogyan készülnek fel az alacsony szén-dioxid-kibocsátású gazdaságra, és mutassák be fenntartható üzleti stratégiáikat. Ez a nyomás azt jelenti, hogy a telephelyek vezetői számszerűsítik működési erőforrás-hatékonyságukat. A vezetők azonban azért küzdenek, hogy értelmes mutatót találjanak ki.
tehát hogyan lehet egy vállalat megfelelően mérni integrált erőforrás-hatékonyságát? A Cambridge-i Egyetemmel együtt Emerson kifejlesztett egy jól bevált termodinamikán alapuló mérnöki megoldást. Bár az 1900-as években fejlesztették ki, ez a módszer (közismert nevén exergy vagy elérhetőség) reneszánszát élte az elmúlt két évtizedben.
a megközelítés az erőforrás-felhasználást a teljes termelési rendszerekben nyomon követi, és az erőforrásokat két összetevő kombinációjaként jellemzi: egy kémiai rész, amely az erőforrás összetételén és koncentrációján alapul; és egy fizikai rész, amely az erőforrás hőmérsékletét és nyomását veszi figyelembe. A termodinamika használata a kémiai és fizikai erőforrások összetevőinek lebontására lehetővé teszi ezen erőforrások minőségének és mennyiségének mérését is. Ez azért fontos, mert nem minden erőforrás egyformán értékes. Biztosítani akarjuk, hogy az általunk azonosított hatékonyságjavító intézkedések azokra az erőforrásokra összpontosítsanak, amelyek a legnagyobb különbséget teszik a CO2-kibocsátásban.
a hagyományos energiaintenzitási vagy anyaghatékonysági mutatókkal ellentétben ez az új mutató egyetlen dimenzió nélküli számba integrálja az energiát és az anyagáramlást. Ennek során több KPI-t konszolidál, amelyek jelenleg különböző nézőpontokból mérik az erőforrás-felhasználást. Ennek eredményeként a gyártók felhatalmazást kapnak arra, hogy a megfelelő időben hozzák meg a megfelelő döntéseket, miközben szélesítik a rendelkezésre álló hatékonysági lehetőségek széles körét, és megragadják az elkerülhetetlen kompromisszumokat.
ennek alapján most mérhetjük az erőforrás-hatékonyságot a hasznos erőforrás-kimenetek és az erőforrás-bemenetek arányában. Ezeknek a módszereknek az eredményei a pontos energia – és anyagáramlás-érzékelő adatokon alapulnak, és szigorú adatgyűjtési, tisztítási és elemzési folyamatokon alapulnak.
az erőforrás-hatékonyság érdemi mérésével felfegyverkezve a vállalatok mostantól alulról felfelé irányíthatják és nyomon követhetik erőforrás – hatékonyságukat-legyen szó valós idejű irányítási rendszerekről, működési teljesítményértékelésekről vagy ágazati szintű referenciaértékek kidolgozásáról. Ideális lenne mindhárom tevékenység integrálása a vezetői létrán és az értékláncon keresztül.
mérnöki újradefiniált
hatalmas lépéseket tettünk a feldolgozóipar biztonságossá tételében. Most ugyanilyen elszántsággal kell kezelnünk az éghajlatváltozás és a karbonsemlegesség kérdését. Sokunk életpályamemóriáján belül súlyos sérülések és halálesetek jellemezték a feldolgozóipar működését. Ennek kezelésére rendkívüli erőfeszítéseket tettek és tesznek továbbra is. A nulla sérülés gondolata a vad törekvésről a várt normára vált, a biztonság minden vegyészmérnök középpontjában áll. Olyan gyakorlatokkal, eljárásokkal és szabályozásokkal vettük körül magunkat, amelyek intézményesítik ezt a gondolkodást és biztosítják a folyamatos fejlődést, de milyen áron a szakmánk számára?
az elmúlt 30-40 évben a mérnökök meghatározó jellemzői megváltoztak. Ahogy az eljárások automatizálttá és intézményesítetté váltak, valamint a biztonsági gyakorlatok szabványosítottak és képletesek lettek, egyesek azzal érvelnek, hogy a mérnökök a szabályszegők és a szabályalkotók spektrumából túlnyomórészt szabálykövetőkké váltak. A hatékonyság és a megfelelőség megelőzte az innovációt és a kreativitást, mint a legértékesebb jellemzőket.
ironikus módon, ahogy csökken az innovációs hajlandóságunk és képességünk, talán a legnagyobb kihívással szembesülünk – hogyan védjük meg bolygónkat az éghajlatváltozás hatásaitól anélkül, hogy károsítanánk azokat a gazdasági rendszereket, amelyek oly sokat tettek az emberek szegénységből való kiemeléséért. Soha nem volt sürgetőbb szükség azokra a tulajdonságokra és képességekre, amelyek évszázadok óta meghatározzák a mérnököket és a mérnököket. Újra fel kell fedeznünk örökségünket, és meg kell tanulnunk jutalmazni a kockázatvállalást és az alternatív gondolkodást – a biztonság veszélyeztetése nélkül. Elő kell mozdítanunk a szabályalkotás megújult érzését, és meg kell tanulnunk tolerálni és kezelni a megfelelő mennyiségű szabályszegést – mert ha nem, és nem teljesítjük az éghajlatváltozással kapcsolatos felelősségünket és képességünket, akkor nincs olyan alternatív csoport, amely a helyünk elfoglalásához szükséges tudással és szakértelemmel rendelkezne.
ennek központi eleme a megfelelő tehetségek folyamatos vonzása, fejlesztése és megtartása a szakmán belül.
különösen azokat kell ápolnunk és támogatnunk, akiknek megvan a gondolkodásmódjuk ahhoz, hogy kihívást jelentsenek a viselkedésre, és az új szabályokat elengedhetetlenné kell tennünk a legújabb nagy kihívás leküzdéséhez.
a közvélemény téves és félrevezetett az iparágunkról, és meg kell győződnünk arról, hogy nem örökítjük meg a mítoszt. A mérnökök és az ipar jelentős tevékenységet folytat ennek a legnagyobb kihívásnak a kezelésére – olyan szervezeteken és szövetségeken keresztül, mint az Oil & Gas Climate Initiative (OGCI) és az éghajlattal kapcsolatos Közzétételekkel foglalkozó munkacsoport (TFCD), együttműködve annak biztosítása érdekében, hogy a haladás a lehető leggyorsabb és leghatékonyabb legyen. Az IChemE felülvizsgálta saját stratégiáját, hogy megfeleljen az ENSZ Fenntartható Fejlődési céljainak és a mérnöki nagy kihívásoknak (nézze meg őket, ha nem tudja, mik azok).
folytatjuk ezeket a témákat, és megkezdjük a beszélgetés megváltoztatását az APAC 2019-en, ahol a folyamatautomatizálás és-vezérlés vezető szereplői összegyűlnek, hogy olyan változatos témákat vizsgáljanak meg, mint a fenntarthatóság, az új technológiák és a kiberbiztonság. További információ: https://www.icheme.org/career/events/advances-in-process-automation-and-control/