de-a lungul istoriei inginerii au avut un impact profund asupra societății și a lumii. De la vechii greci și romani, priceperea inginerească a permis și a condus economiile care au sprijinit imperiile. Prima și a doua revoluție industrială au adus cu ei formalizarea profesiei de inginer. Ceea ce înseamnă să fii inginer s-a împletit cu impactul marilor provocări care erau abordate la acea vreme.
aceste mari provocări au caracterizat, conștient sau altfel, ce înseamnă să fii inginer. Ingineria civilă a apărut din aspirația de a aplica tehnologii dezvoltate în scopuri militare în beneficiul societății civile mai largi. Industrializarea a condus cerințele pentru noi specializări în inginerie mecanică și, ulterior, electrică. Mai recent, apariția industriilor mari consumatoare de energie a necesitat o nouă generație de discipline, inclusiv propria noastră Inginerie Chimică și de proces. Pe măsură ce trecem printr-o a patra revoluție bazată pe date și comunicații, fără îndoială va apărea un alt set de discipline.
ca profesie, ar trebui să ne mândrim cu ceea ce am realizat: miliarde au fost scoase din sărăcie; educația și sănătatea au devenit norma așteptată în majoritatea țărilor; economiile sunt vibrante de inovație și creativitate. Dar trebuie, de asemenea, să acceptăm responsabilitatea pentru impactul pe care progresul l-a avut: poluarea pune în pericol ecosistemele din jurul planetei; există o epuizare fără precedent a resurselor neregenerabile; și cel mai important dintre toate, schimbările climatice și încălzirea globală amenință însăși existența societății. Poate pentru prima dată în istorie ne confruntăm cu o mare provocare a noastră!
combaterea schimbărilor climatice
comunitatea globală nu are ambiție sau urgență atunci când vine vorba de schimbările climatice. De peste treizeci de ani, Grupul interguvernamental pentru schimbările climatice (IPCC) a expus cazul științific pentru schimbările climatice, limitând creșterea temperaturii globale și reducând emisiile de gaze cu efect de seră. Acordul de la Paris din 2015 a fost adoptat de aproape fiecare națiune, angajându-se să limiteze creșterea temperaturii globale la sub 2 Centimetre C, urmărind în același timp mijloace de limitare a acesteia la 1,5 Centimetre C. Cu toate acestea, la aproape toate eforturile – extinderea surselor regenerabile de energie, reenergizarea energiei nucleare sau utilizarea captării, utilizării și stocării carbonului (CCU)-rămânem în prezent pe traiectoriile necesare, în timp ce emisiile globale absolute continuă să crească. Ambiția și urgența nu sunt suficiente; avem nevoie și de soluții pragmatice.
în 2009, o echipă de la Universitatea Cambridge, preocupată de lipsa progresului real, a pus întrebarea simplă: ce ar face o mare diferență? Ei au descoperit că emisiile globale de carbon au fost determinate de trei activități aproape egale: utilizarea energiei în clădiri, în vehicule și în industrie. Pentru clădiri și vehicule, îmbunătățirea eficienței și schimbarea tehnologiei au fost căi tehnice clare pentru reducerea emisiilor, dar industria era deja relativ eficientă, poseda puține alternative viabile de producție și se confrunta cu o creștere semnificativă a cererii de materiale viitoare. Ca atare, industria a fost etichetată ca fiind dificil de decarbonizat.
aclamata carte a echipei Cambridge, materiale durabile: Cu ambii ochi deschiși (Allwood și colab. 2012), prezintă provocările legate de decarbonizare cu care se confruntă industria și analizează toate opțiunile disponibile. Cartea prezintă două abordări. ‘Cu un ochi deschis’ descrie o serie de opțiuni tehnice urmărite: eficiența energetică, captarea căldurii, rute noi de proces, CCU și electricitate decarbonizată. Echipa a modelat traiectoriile acestor tehnologii până în 2050, pentru cinci materiale. Dacă fiecare tehnologie ar fi implementată, la limita sa tehnică, în fiecare industrie, atunci emisiile pe tonă de material ar putea fi reduse la jumătate. Cu toate acestea, se preconizează că cererea pentru aceste materiale se va dubla până în 2050, ceea ce va duce la zero economii absolute de emisii. Aceasta este în mod clar o problemă!
‘With both eyes open’ conturează o gamă alternativă de opțiuni de atenuare, reunite sub stindardul ‘material efficiency’: utilizarea mai puțin material prin proiectare, reducerea pierderilor de randament, devierea deșeurilor de fabricație, reutilizarea componentelor metalice, produse cu durată de viață mai lungă și reducerea cererii finale. Aceste șase opțiuni au fost trecute cu vederea în mod tradițional de industrie, dar cu noi abordări și modele de afaceri, acestea ar putea deveni profitabile și ar reduce emisiile. Modelarea acestor opțiuni a fost dificilă, dar rezultatele au arătat că urmărirea eficienței materialelor pentru cele cinci materiale ar putea reduce la jumătate emisiile pe tonă de material până în 2050. Combinarea ambelor opțiuni (un ochi și ambii ochi deschiși) ar putea duce la o reducere cu 75% a emisiilor pe tonă, egală cu o înjumătățire a emisiilor absolute—unele progrese reale!
ambele abordări se confruntă cu provocări semnificative și este încă nevoie de mult efort pentru a implementa cu succes orice opțiune la scară.
o întrebare cheie care trebuie să iasă din această analiză este: ce ar trebui să facă industria? Reducerea pierderilor de randament în industria metalelor este un început bun: în prezent, 25% din totalul oțelului și 50% din totalul aluminiului nu îl transformă niciodată într-un produs, ci este re-topit în interiorul uzinei, risipind energie și producând emisii nedorite. O alta este reducerea decalajului dintre cele mai bune și cele mai slabe instalații, care poate fi de până la 30% pentru unele industrii. Pentru a face acest lucru este nevoie de o nouă abordare metodologică care să ia în considerare interacțiunile dintre energie și materiale în instalațiile de proces și să ofere o valoare comparabilă a modului în care plantele transformă eficient resursele (energia și materialele) în produse. Utilizarea eficientă a resurselor oferă o astfel de abordare.
utilizarea eficientă a resurselor
Îmbunătățirea utilizării eficiente a resurselor industriale este una dintre cele mai rentabile opțiuni pentru a evita simultan risipa de resurse rare și toxice, pentru a reduce costurile de operare și emisiile de CO2 și pentru a îmbunătăți capacitatea de reacție la viitoarele reglementări climatice. De fapt, înțelegerea stării actuale a utilizării resurselor unei instalații, a factorilor care o conduc și a oportunităților disponibile pentru a o minimiza, este o condiție prealabilă pentru ca companiile să rămână competitive.
vestea bună este că există dovezi copleșitoare că potențialul de îmbunătățire a măsurilor circulare și de utilizare eficientă a resurselor în industriile de proces este vast. Cu toate acestea, seria actuală de valori este ineficientă: sunt criticate pentru că nu au cuantificat în mod corespunzător impactul energetic și de mediu al intervențiilor de îmbunătățire. În plus, aceste valori oferă de obicei o perspectivă la nivel național sau global, dar sunt dificil de aplicat producției de materiale cu resurse intensive. Pentru astfel de industrii, aplicarea strategiilor de circularitate pentru reducerea emisiilor în practică înseamnă reducerea intrărilor totale de resurse și a deșeurilor de (energie și materiale) pe tonă de produs.
știm că măsurarea este dogma producției industriale. Înțelegerea fiabilității, siguranței sau calității producției unei companii necesită urmărirea valorilor de performanță relevante. Utilizarea eficientă a resurselor nu este diferită. Primul pas în a deveni mai eficient din punct de vedere al resurselor implică punerea unui număr pe acesta. Directorii executivi din sectoarele cu resurse intensive sunt supuși unei presiuni sporite din partea acționarilor pentru a dezvălui modul în care se pregătesc pentru economia cu emisii reduse de carbon și pentru a-și demonstra strategiile de afaceri durabile. Această presiune se traduce apoi în cereri pentru managerii de site-uri pentru a-și cuantifica eficiența operațională a resurselor. Cu toate acestea, managerii se luptă să vină cu o valoare semnificativă.
Deci, cum poate o companie să-și măsoare în mod adecvat eficiența integrată a resurselor? Împreună cu Universitatea din Cambridge, Emerson a dezvoltat o soluție de inginerie bazată pe termodinamica bine stabilită. Deși concepută în anii 1900, această metodă (cunoscută în mod obișnuit sub numele de exergie sau disponibilitate) a cunoscut o renaștere în ultimele două decenii.
abordarea urmărește utilizarea resurselor în toate sistemele de producție și caracterizează resursele ca o combinație de două componente: o porțiune chimică, bazată pe compoziția și concentrația resursei; și o porțiune fizică, care explică temperatura și presiunea resursei. Utilizarea termodinamicii pentru dezagregarea componentelor chimice și fizice ale resurselor ne permite, de asemenea, să măsurăm calitatea, precum și cantitatea acestor resurse. Acest lucru este esențial, deoarece nu toate resursele sunt la fel de valoroase. Dorim să ne asigurăm că măsurile de îmbunătățire a eficienței pe care le identificăm se concentrează asupra resurselor care fac cea mai mare diferență în ceea ce privește emisiile de CO2.
spre deosebire de valorile convenționale privind intensitatea energetică sau eficiența materialelor, acest nou indicator integrează fluxurile de energie și materiale într-un singur număr fără dimensiuni. Procedând astfel, consolidează mai mulți KPI care măsoară în prezent utilizarea resurselor din diferite puncte de vedere. Ca urmare, producătorii sunt împuterniciți să facă alegerile corecte la momentul potrivit, lărgind în același timp amploarea opțiunilor de eficiență disponibile și capturând compromisuri inevitabile.
pe baza acestui fapt, putem măsura acum eficiența resurselor ca raport între ieșirile de resurse utile și intrările de resurse. Rezultatele acestor metode se bazează pe date exacte ale senzorilor de flux de energie și materiale și sunt fundamentate prin procese riguroase de colectare, curățare și analiză a datelor.
înarmate cu o măsură semnificativă a eficienței resurselor, companiile își pot gestiona și urmări eficiența resurselor de jos în sus-fie prin sisteme de management în timp real, evaluări ale performanței operaționale sau prin dezvoltarea unor criterii de referință la nivel de sector. Integrarea tuturor celor trei activități de-a lungul scării de management și de-a lungul lanțului valoric ar fi idealul.
Ingineria a redefinit
am făcut pași enormi în a face industriile de proces în care lucrăm în siguranță. Acum trebuie să abordăm problema schimbărilor climatice și a neutralității carbonului cu aceeași hotărâre. În memoria carierei multora dintre noi, rănirile grave și decesele au caracterizat funcționarea industriilor de proces. S-au depus și continuă să se depună eforturi extraordinare în acest sens. Ideea de zero leziuni a trecut de la a fi o aspirație sălbatică la norma așteptată, cu siguranța un accent central al fiecărui inginer chimic. Ne-am înconjurat cu practici, proceduri și reglementări care instituționalizează această gândire și asigură îmbunătățirea continuă, dar cu ce costuri pentru profesia noastră?
în ultimii 30-40 de ani caracteristicile definitorii ale inginerilor s-au schimbat. Pe măsură ce procedurile au devenit automatizate și instituționalizate, iar practicile de siguranță standardizate și formulate, unii susțin că inginerii au coborât spectrul de la cei care încalcă regulile și factorii de decizie la cei care urmează predominant Regulile. Eficiența și conformitatea au depășit inovația și creativitatea ca fiind cele mai apreciate caracteristici.
în mod ironic, pe măsură ce dorința și capacitatea noastră ca profesie de a inova sunt diminuate, ne aflăm în fața celei mai mari provocări dintre toate – cum să ne protejăm planeta de impactul schimbărilor climatice fără a afecta sistemele economice care au făcut atât de mult pentru a scoate oamenii din sărăcie. Nu a existat niciodată o nevoie mai urgentă pentru calitățile și capacitățile care au definit ingineria și inginerii de secole. Trebuie să redescoperim moștenirea noastră și să învățăm cum să recompensăm asumarea riscurilor și gândirea alternativă-fără a compromite siguranța. Trebuie să încurajăm un sentiment reînnoit de luare a regulilor și să învățăm să tolerăm și să gestionăm o cantitate adecvată de încălcare a regulilor – pentru că dacă nu o facem și nu reușim să ne îndeplinim responsabilitățile și capacitatea de a avea impact asupra schimbărilor climatice, nu există grupuri alternative cu cunoștințele și expertiza necesare pentru a ne lua locul.
esențial pentru aceasta este nevoia continuă de a atrage talentul potrivit, de a-l dezvolta și de a-l păstra în cadrul profesiei.
trebuie în special să-i hrănim și să-i sprijinim pe cei cu mentalitatea de a contesta comportamentele și de a face ca noile reguli să fie esențiale pentru depășirea acestei ultime mari provocări.
percepția publică a industriei noastre este greșită și greșită și trebuie să ne asigurăm că nu perpetuăm mitul. Există o bază de activitate a inginerilor și a industriei pentru a face față acestei mari provocări – lucrând împreună prin organizații și Alianțe precum Oil & Gas Climate Initiative (OGCI) și Task Force on Climate-related Disclosures (TFCD) pentru a asigura progresul cât mai rapid și cu impact posibil. IChemE și-a revizuit propria strategie pentru a se potrivi cu obiectivele de Dezvoltare Durabilă ale ONU și provocările inginerești Mari (Du-te și aruncă o privire asupra lor dacă nu știi ce sunt).
vom continua aceste teme și vom începe să schimbăm conversația la APAC 2019, unde figuri importante din domeniul automatizării și controlului proceselor se vor aduna pentru a analiza teme la fel de diverse precum durabilitatea, tehnologiile emergente și securitatea cibernetică. Pentru mai multe informații, vizitați: https://www.icheme.org/career/events/advances-in-process-automation-and-control/