w całej historii inżynierowie mieli głęboki wpływ na społeczeństwo i świat. Od starożytnych Greków i Rzymian, sprawność inżynieryjna umożliwiła i napędzała gospodarki, które wspierały Imperia. Pierwsza i druga rewolucja przemysłowa przyniosły formalizację zawodu inżyniera. To, co oznacza być inżynierem, splata się z wpływem wielkich wyzwań, które były w tym czasie rozwiązywane.
te „wielkie wyzwania” świadomie lub w inny sposób scharakteryzowały, co to znaczy być inżynierem. Inżynieria lądowa powstała z dążenia do zastosowania technologii opracowanych do celów wojskowych z korzyścią dla szerszego społeczeństwa obywatelskiego. Uprzemysłowienie wymagało nowych specjalizacji w dziedzinie mechaniki, a później elektrotechniki. Niedawno pojawienie się energochłonnych gałęzi przemysłu wymagało nowej generacji dyscyplin, w tym naszej własnej inżynierii chemicznej i procesowej. W miarę przechodzenia przez czwartą rewolucję opartą na danych i komunikacji, bez wątpienia pojawi się kolejny zestaw dyscyplin.
jako zawód powinniśmy być dumni z tego, co osiągnęliśmy: miliardy zostały wyciągnięte z ubóstwa; Edukacja i dobre zdrowie stały się oczekiwaną normą w większości krajów; gospodarki tętnią innowacyjnością i kreatywnością. Ale musimy również przyjąć odpowiedzialność za skutki, jakie wywarł postęp: zanieczyszczenie zagraża ekosystemom wokół planety; dochodzi do bezprecedensowego wyczerpywania się zasobów nieodnawialnych; a przede wszystkim zmiany klimatu i globalne ocieplenie zagrażają istnieniu społeczeństwa. Być może po raz pierwszy w historii stoimy przed wielkim wyzwaniem, które sami stworzyliśmy!
walka ze zmianami klimatycznymi
globalna społeczność nie ma ambicji ani pilności, jeśli chodzi o zmiany klimatyczne. Od ponad trzydziestu lat Międzyrządowy Zespół ds. zmian klimatu (IPCC) wyjaśnia naukowe argumenty za zmianami klimatu, ograniczając globalny wzrost temperatury i zmniejszając emisję gazów cieplarnianych. Porozumienie Paryskie z 2015 roku zostało przyjęte przez prawie każdy naród, zobowiązując się do ograniczenia globalnego wzrostu temperatury do poniżej 2°C, jednocześnie dążąc do ograniczenia go do 1,5°C. Jednak przy prawie każdym wysiłku-skalowaniu odnawialnych źródeł energii, odnawianiu energii jądrowej lub wdrażaniu wychwytywania, wykorzystania i składowania dwutlenku węgla (CCU) – obecnie opóźniamy wymagane trajektorie, podczas gdy bezwzględna globalna emisja nadal rośnie. Ambicja i pilność nie wystarczą; potrzebujemy również pragmatycznych rozwiązań.
w 2009 roku zespół Uniwersytetu w Cambridge, zaniepokojony brakiem realnego postępu, zadał proste pytanie: co zrobiłoby wielką różnicę? Odkryli, że globalna emisja dwutlenku węgla była napędzana przez trzy niemal równe działania: zużycie energii w budynkach, pojazdach i przemyśle. W przypadku budynków i pojazdów poprawa wydajności i zmiana technologii były wyraźnymi technicznymi ścieżkami redukcji emisji, ale przemysł był już stosunkowo wydajny, posiadał niewiele realnych alternatyw produkcyjnych i musiał stawić czoła znaczącemu wzrostowi popytu na materiały w przyszłości. Jako taki przemysł został oznaczony jako „trudny do dekarbonizacji”.
uznana książka zespołu Cambridge, Sustainable Materials: Z otwartymi oczami (Allwood et al. 2012), przedstawia wyzwania związane z dekarbonizacją, przed którymi stoi przemysł i dokonuje przeglądu wszystkich dostępnych opcji. Książka prezentuje dwa podejścia. „Z jednym okiem otwartym” opisuje szereg rozważanych opcji technicznych: efektywność energetyczną, wychwytywanie ciepła, nowatorskie trasy procesu, CCU i bezemisyjną energię elektryczną. Zespół modelował trajektorie tych technologii do 2050 roku, dla pięciu materiałów. Gdyby każda technologia została zastosowana w każdej branży, do swoich technicznych ograniczeń, emisje na tonę materiału mogłyby zostać zmniejszone o połowę. Oczekuje się jednak, że popyt na te materiały podwoi się do 2050 r., co spowoduje zerową bezwzględną redukcję emisji. To ewidentnie problem!
„With both eyes open” przedstawia alternatywny zakres opcji łagodzenia skutków, zestawionych pod hasłem „efektywność materiałowa”: wykorzystanie mniejszej ilości materiału przez projekt, zmniejszenie strat plonu, przekierowanie złomu produkcyjnego, ponowne wykorzystanie elementów metalowych, produkty o dłuższej żywotności i zmniejszenie popytu końcowego. Te sześć opcji było tradycyjnie pomijane przez przemysł, ale dzięki nowym podejściom biznesowym i modelom mogą one stać się opłacalne i ograniczać emisje. Modelowanie tych wariantów było trudne, ale wyniki pokazały, że dążenie do efektywności materiałowej pięciu materiałów może zmniejszyć o połowę emisje na tonę materiału do 2050 r. Połączenie obu wariantów (jedno oko i jedno oko otwarte) może doprowadzić do zmniejszenia emisji o 75% na tonę, co jest równe zmniejszeniu emisji absolutnych o połowę—prawdziwy postęp!
oba podejścia stoją przed poważnymi wyzwaniami i nadal wymaga wiele wysiłku, aby skutecznie wdrożyć dowolną opcję na dużą skalę.
kluczowe pytanie, jakie należy zadać z tej analizy brzmi: co powinien robić przemysł? Zmniejszenie strat plonu w przemyśle metalowym to dobry początek: obecnie 25% całej stali i 50% całego aluminium nigdy nie przekształca się w produkt, ale jest ponownie topione w zakładzie, marnując energię i wytwarzając niepożądane emisje. Innym jest zamknięcie przepaści między najlepszymi i najgorszymi zakładami, która może wynosić nawet 30% w niektórych gałęziach przemysłu. Wymaga to nowego podejścia metodologicznego, które uwzględnia interakcje między energią a materiałami w zakładach przetwórczych i zapewnia porównywalny wskaźnik tego, w jaki sposób rośliny skutecznie przekształcają zasoby (energię i materiały) w produkty. Efektywne gospodarowanie zasobami zapewnia takie podejście.
efektywne gospodarowanie zasobami
Poprawa efektywnego gospodarowania zasobami przemysłowymi jest jedną z najbardziej opłacalnych opcji pozwalających jednocześnie uniknąć marnowania ograniczonych i toksycznych zasobów, zmniejszyć koszty operacyjne i emisję CO2 oraz poprawić reagowanie na przyszłe przepisy dotyczące klimatu. W rzeczywistości zrozumienie obecnego stanu wykorzystania zasobów obiektu, czynników go napędzających i dostępnych możliwości jego zminimalizowania jest warunkiem koniecznym dla utrzymania konkurencyjności przedsiębiorstw.
dobra wiadomość jest taka, że istnieją przytłaczające dowody na to, że potencjał poprawy środków w zakresie obiegu i efektywnego gospodarowania zasobami w przemyśle przetwórczym jest ogromny. Obecne wskaźniki są jednak nieskuteczne: krytykuje się je za brak odpowiedniego określenia ilościowego wpływu interwencji na poprawę w zakresie energii i środowiska. Ponadto wskaźniki te zazwyczaj zapewniają wgląd na poziomie krajowym lub globalnym, ale są trudne do zastosowania w przypadku zasobochłonnej produkcji materiałów. W takich branżach stosowanie strategii obiegu zamkniętego w celu ograniczenia emisji w praktyce oznacza zmniejszenie całkowitego nakładu zasobów i odpadów (energii i materiałów) na tonę produktu.
wiemy, że pomiar jest dogmatem produkcji przemysłowej. Zrozumienie niezawodności, bezpieczeństwa lub jakości produkcji firmy wymaga śledzenia odpowiednich wskaźników wydajności. Nie inaczej jest w przypadku efektywnego gospodarowania zasobami. Pierwszym krokiem w stawaniu się bardziej zasobooszczędnym jest umieszczenie na nim numeru. Prezesi z sektorów wymagających dużych zasobów znajdują się pod zwiększoną presją ze strony akcjonariuszy, aby ujawnili, w jaki sposób przygotowują się do gospodarki niskoemisyjnej i zademonstrowali swoje zrównoważone strategie biznesowe. Presja ta przekłada się następnie na zapotrzebowanie kierowników budowy na ilościowe określenie efektywności operacyjnej zasobów. Jednak menedżerowie mają trudności z wymyśleniem znaczącej metryki.
w jaki sposób firma może odpowiednio zmierzyć swoją zintegrowaną efektywność zasobów? Wraz z Uniwersytetem w Cambridge firma Emerson opracowała rozwiązanie inżynieryjne oparte na sprawdzonej termodynamice. Choć opracowany w 1900 roku, metoda ta (powszechnie znany jako exergy lub dostępność) doświadczył renesansu w ciągu ostatnich dwóch dekad.
podejście śledzi wykorzystanie zasobów w całych systemach produkcyjnych i charakteryzuje zasoby jako połączenie dwóch komponentów: część chemiczna, oparta na składzie i stężeniu zasobu; oraz część fizyczna, która odpowiada za temperaturę i ciśnienie zasobu. Zastosowanie termodynamiki do dezagregacji chemicznych i fizycznych składników zasobów pozwala nam również zmierzyć jakość, a także ilość tych zasobów. Jest to kluczowe, ponieważ nie wszystkie zasoby są równie cenne. Chcemy zapewnić, że środki poprawy efektywności, które określamy, skupiają się na zasobach, które mają największy wpływ na emisje CO2.
w przeciwieństwie do konwencjonalnych wskaźników energochłonności lub efektywności materiałowej, ten nowy wskaźnik integruje przepływ energii i materiałów w jedną, bezwymiarową liczbę. W ten sposób konsoliduje wiele wskaźników KPI, które obecnie mierzą wykorzystanie zasobów z różnych punktów widzenia. W rezultacie producenci są uprawnieni do dokonywania właściwych wyborów we właściwym czasie, przy jednoczesnym poszerzeniu zakresu dostępnych opcji wydajności i uchwyceniu nieuniknionych kompromisów.
opierając się na tym, możemy teraz zmierzyć efektywność zasobów jako stosunek użytecznych wyników zasobów do wejść zasobów. Wyniki tych metod opierają się na dokładnych danych z czujników przepływu energii i materiału i są poparte rygorystycznymi procesami zbierania danych, czyszczenia i analizy.
firmy dysponujące znaczącym miernikiem efektywności wykorzystania zasobów mogą teraz zarządzać i śledzić swoją efektywność wykorzystania zasobów od podstaw-czy to poprzez systemy zarządzania w czasie rzeczywistym, przeglądy wydajności operacyjnej lub opracowywanie wskaźników sektorowych. Integracja wszystkich trzech działań wzdłuż drabiny zarządzania i w całym łańcuchu wartości byłaby idealnym rozwiązaniem.
Inżynieria na nowo zdefiniowana
podjęliśmy ogromne kroki, aby branże przetwórcze, w których pracujemy, były bezpieczne. Musimy teraz z taką samą determinacją zająć się kwestią zmiany klimatu i neutralności węglowej. W ciągu kariery-pamięć wielu z nas, poważne obrażenia i ofiary śmiertelne charakteryzowały funkcjonowanie przemysłu przetwórczego. Podjęto i nadal czynione są Nadzwyczajne wysiłki w celu rozwiązania tego problemu. Idea zero injuries zmieniła się z dzikiej aspiracji w oczekiwaną normę, a bezpieczeństwo jest głównym celem każdego inżyniera chemika. Otoczyliśmy się praktykami, procedurami i regulacjami, które instytucjonalizują to myślenie i zapewniają ciągłe doskonalenie, ale jakim kosztem dla naszego zawodu?
w ciągu ostatnich 30-40 lat zmieniły się cechy charakterystyczne inżynierów. Ponieważ procedury stały się zautomatyzowane i zinstytucjonalizowane, a praktyki bezpieczeństwa znormalizowane i schematyczne, niektórzy twierdzą, że inżynierowie przenieśli się w dół spektrum od łamaczy reguł i twórców reguł do głównie ich zwolenników. Wydajność i zgodność wyprzedziły innowacyjność i kreatywność jako najbardziej cenione cechy.
jak na ironię, ponieważ nasza chęć i zdolność jako zawodu do innowacji jest zmniejszona, stoimy przed prawdopodobnie największym wyzwaniem ze wszystkich-jak chronić naszą planetę przed skutkami zmian klimatycznych bez szkody dla systemów gospodarczych, które zrobiły tak wiele, aby podnieść ludzi z ubóstwa. Nigdy nie było bardziej pilnej potrzeby cech i możliwości, które definiowały inżynierię i inżynierów od wieków. Musimy na nowo odkryć nasze dziedzictwo i nauczyć się nagradzać podejmowanie ryzyka i alternatywne myślenie-bez narażania bezpieczeństwa. Musimy krzewić odnowione poczucie tworzenia przepisów i nauczyć się tolerować i zarządzać odpowiednią ilością łamania przepisów-ponieważ jeśli tego nie zrobimy i nie będziemy w stanie wywiązać się z naszych obowiązków i zdolności do wpływania na zmiany klimatu, nie ma alternatywnych grup posiadających wiedzę i doświadczenie niezbędne do zajęcia naszego miejsca.
najważniejsza jest ciągła potrzeba przyciągnięcia odpowiednich talentów, rozwoju i utrzymania ich w zawodzie.
szczególnie musimy pielęgnować i wspierać tych, którzy mają nastawienie do kwestionowania zachowań i uczynić nowe zasady niezbędnymi do przezwyciężenia tego ostatniego wielkiego wyzwania.
publiczne postrzeganie naszej branży jest błędne i błędne, a my musimy się upewnić, że nie utrwalimy tego mitu. Inżynierowie i Przemysł podejmują wiele działań w celu sprostania tym najwspanialszym wyzwaniom-współpracują ze sobą za pośrednictwem organizacji i sojuszy, takich jak oil & Gas Climate Initiative (OGCI) oraz Task Force on Climate-related Disclosures (TFCD), aby zapewnić jak najszybsze i najskuteczniejsze postępy. Ikeme zmodyfikował własną strategię, aby pasowała do celów zrównoważonego rozwoju ONZ i wielkich wyzwań inżynieryjnych (idź i spójrz na nie, jeśli nie wiesz, czym są).
będziemy kontynuować te tematy i zaczniemy zmieniać rozmowę na APAC 2019, gdzie wiodące osobistości z dziedziny automatyzacji i kontroli procesów zgromadzą się, aby przyjrzeć się tak różnorodnym tematom, jak zrównoważony rozwój, nowe technologie i cyberbezpieczeństwo. Więcej informacji na stronie: https://www.icheme.org/career/events/advances-in-process-automation-and-control/