genom historien har ingenjörer haft en djupgående inverkan på samhället och världen. Sedan de gamla grekerna och romarna har ingenjörsförmåga möjliggjort och drivit de ekonomier som stödde imperier. Den första och andra industriella revolutionen förde med sig formaliseringen av ingenjörsyrket. Vad det innebär att vara ingenjör blev sammanflätade med effekterna av de stora utmaningar som behandlades vid den tiden.
dessa ’stora utmaningar’ har medvetet eller på annat sätt karakteriserat vad det innebär att vara ingenjör. Civilingenjör framkom av strävan att tillämpa teknik som utvecklats för militära ändamål till förmån för ett bredare civilt samhälle. Industrialiseringen drev kraven på nya specialiseringar inom mekanisk och senare elektroteknik. På senare tid framväxten av energiintensiva industrier krävde en ny generation av discipliner inklusive vår egen kemi-och processteknik. När vi går igenom en fjärde revolution baserad på data och kommunikation kommer utan tvekan en annan uppsättning discipliner att dyka upp.
som yrke bör vi vara stolta över vad vi har åstadkommit: Miljarder har lyfts ur fattigdom; utbildning och god hälsa har blivit den förväntade normen i de flesta länder; ekonomier är livliga med innovation och kreativitet. Men vi måste också ta ansvar för den inverkan som framsteg har haft: föroreningar äventyrar ekosystemen runt om i världen; Det finns en aldrig tidigare skådad uttömning av icke förnybara resurser; och mest framträdande av allt hotar klimatförändringar och global uppvärmning själva samhällets existens. Kanske för första gången i historien står vi inför en stor utmaning av vår egen tillverkning!
hantera klimatförändringar
det globala samhället saknar ingen ambition eller brådskande när det gäller klimatförändringar. I över trettio år har den mellanstatliga panelen för klimatförändringar (IPCC) redogjort för det vetenskapliga fallet för klimatförändringar, begränsat den globala temperaturökningen och minskat utsläppen av växthusgaser. Parisavtalet från 2015 antogs av nästan varje nation och förbinder sig att begränsa den globala temperaturökningen till under 2 CCB, samtidigt som man strävar efter att begränsa den till 1,5 CCB. Men på nästan alla ansträngningar-uppskalning av förnybara energikällor, återuppbyggnad av kärnkraft eller utplacering av koldioxidavskiljning, utnyttjande och lagring (CCUS) – släpar vi för närvarande de nödvändiga banorna, medan absoluta globala utsläpp fortsätter att öka. Ambition och brådska räcker inte, vi behöver också pragmatiska lösningar.
under 2009 frågade ett Cambridge University-team, bekymrat över bristen på verkliga framsteg, den enkla frågan: Vad skulle göra stor skillnad? De fann att globala koldioxidutsläpp drevs av tre nästan lika aktiviteter: energianvändning i byggnader, i fordon och i industrin. För byggnader och fordon var effektivitetsförbättringar och teknikbyte tydliga tekniska vägar för att minska utsläppen, men industrin var redan relativt effektiv, hade få livskraftiga produktionsalternativ och stod inför en betydande framtida efterfrågan på material. Som sådan industri har märkts ’svår att minska koldioxidutsläppen’.
Cambridge-lagets hyllade bok, hållbara material: Med båda ögonen öppna (Allwood et al. 2012), beskriver de utmaningar som industrin står inför och granskar alla tillgängliga alternativ. Boken presenterar två tillvägagångssätt. ’Med ett öga öppet’ beskriver en rad tekniska alternativ som eftersträvas: energieffektivitet, värmeupptagning, nya processvägar, CCUS och koldioxidutsläpp El. Teamet modellerade banor av dessa tekniker till 2050, för fem material. Om varje teknik användes, till sin tekniska gräns, i varje bransch, skulle utsläppen per ton material kunna halveras. Efterfrågan på dessa material förväntas dock fördubblas till 2050, vilket resulterar i noll absoluta utsläppsbesparingar. Detta är helt klart ett problem!
’med båda ögonen öppna’ beskriver ett alternativt utbud av begränsningsalternativ, sorterade under parollen ’materialeffektivitet’: att använda mindre material genom design, minska avkastningsförluster, avleda tillverkningsskrot, återanvända metallkomponenter, produkter med längre livslängd och minska den slutliga efterfrågan. Dessa sex alternativ hade traditionellt förbises av industrin men med nya affärsmetoder och modeller, dessa kan bli lönsamma och minska utsläppen. Att modellera dessa alternativ var utmanande, men resultaten visade att strävan efter materialeffektivitet över de fem materialen kunde halvera utsläppen per ton material år 2050. Att kombinera båda alternativen tillsammans (ett öga och båda ögonen öppna) kan leda till en minskning av utsläppen per ton med 75%, vilket motsvarar en halvering av absoluta utsläpp—några verkliga framsteg!
båda metoderna står inför betydande utmaningar och mycket arbete krävs fortfarande för att framgångsrikt distribuera alla alternativ i skala.
en nyckelfråga som framgår av denna analys är: vad ska industrin göra? Att minska avkastningsförlusterna i metallindustrin är en bra start: för närvarande gör 25% av allt stål och 50% av allt aluminium aldrig det till en produkt utan smälts igen i anläggningen, slösar energi och producerar oönskade utsläpp. En annan är att stänga klyftan mellan de bästa och sämsta anläggningarna, som kan vara så stora som 30% för vissa industrier. För att göra det krävs en ny metodologisk metod som beaktar samspelet mellan energi och material i processanläggningar och ger en jämförbar mätning av hur effektivt växter omvandlar resurser (energi och material) till produkter. Resurseffektivitet ger ett sådant tillvägagångssätt.
resurseffektivitet
förbättrad industriell resurseffektivitet är ett av de mest kostnadseffektiva alternativen för att samtidigt undvika slöseri med knappa och giftiga resurser, minska driftskostnader och CO2-utsläpp och förbättra lyhördheten för framtida klimatregler. Att förstå det aktuella läget för en anläggnings resursanvändning, de faktorer som driver den och de möjligheter som finns att minimera den är en förutsättning för att företagen ska förbli konkurrenskraftiga.
den goda nyheten är att det finns överväldigande bevis för att förbättringspotentialen för cirkulära och resurseffektivitetsåtgärder i processindustrier är stor. Den nuvarande mängden mätvärden är emellertid ineffektiva: de kritiseras för att de inte på ett lämpligt sätt kvantifierar energi-och miljöpåverkan av förbättringsåtgärder. Dessutom ger dessa mätvärden vanligtvis insikt på land eller global nivå men är svåra att tillämpa på resurskrävande materialproduktion. För sådana industrier innebär tillämpning av cirkularitetsstrategier för att minska utsläppen i praktiken att minska de totala resursinsatserna och slöseriet med (energi och material) per ton produkt.
vi vet att mätning är dogmen för industriell produktion. Att förstå ett företags tillförlitlighet, säkerhet eller dess produktionskvalitet kräver att spåra deras relevanta prestandamått. Resurseffektivitet är inte annorlunda. Det första steget i att bli mer resurseffektiv innebär att man lägger ett nummer på det. VD från resursintensiva sektorer kommer under ökat tryck från aktieägarna att avslöja hur de förbereder sig för koldioxidsnål ekonomi och att visa sina hållbara affärsstrategier. Detta tryck översätter sedan till krav på platschefer att kvantifiera sin operativa resurseffektivitet. Men chefer kämpar för att komma med en meningsfull mätning.
så, hur kan ett företag gå om adekvat mäta sin integrerade resurseffektivitet? Tillsammans med University of Cambridge har Emerson utvecklat en teknisk lösning baserad på väletablerad termodynamik. Även om den utformades på 1900-talet har denna metod (allmänt känd som exergi eller tillgänglighet) upplevt en renässans under de senaste två decennierna.
metoden spårar resursanvändning över hela produktionssystem och karakteriserar resurser som en kombination av två komponenter: en kemisk del, baserad på resursens sammansättning och koncentration; och en fysisk del, som står för resursens temperatur och tryck. Genom att använda termodynamik för att dela upp kemiska och fysiska resurskomponenter kan vi också mäta kvaliteten och kvantiteten av dessa resurser. Detta är viktigt eftersom inte alla resurser är lika värdefulla. Vi vill säkerställa att de effektivitetsförbättringsåtgärder vi identifierar fokuserar på de resurser som gör störst skillnad för CO2-utsläpp.
till skillnad från konventionella energiintensitets-eller materialeffektivitetsmätningar integrerar denna nya indikator energi och materialflöden i ett enda, dimensionslöst tal. På så sätt konsolideras flera KPI: er som för närvarande mäter resursanvändning från olika ståndpunkter. Som ett resultat, producenterna har befogenhet att göra rätt val vid rätt tidpunkt, samtidigt bredda bredden av tillgängliga effektivitetsalternativ och fånga oundvikliga avvägningar.
baserat på detta kan vi nu mäta resurseffektivitet som ett förhållande mellan användbara resursutgångar och resursingångar. Resultaten från dessa metoder bygger på exakta energi-och materialflödessensordata och underbyggs genom rigorösa datainsamlings -, Rengörings-och analysprocesser.
beväpnad med ett meningsfullt mått på resurseffektivitet kan företag nu hantera och spåra sin resurseffektivitet från botten upp-vare sig det är genom realtidshanteringssystem, operativa resultatgranskningar eller utveckling av branschövergripande riktmärken. Integrationen av alla tre aktiviteterna längs ledningsstegen och över värdekedjan skulle vara idealet.
Engineering omdefinieras
vi har tagit enorma framsteg i att göra processindustrin som vi arbetar i säkra. Vi måste nu ta itu med frågan om klimatförändringar och koldioxidneutralitet med samma beslutsamhet. Inom många av oss karriärminne präglade allvarliga skador och dödsfall processindustrins verksamhet. Extraordinära ansträngningar har gjorts och fortsätter att göras för att ta itu med detta. Tanken på nollskador har skiftat från att vara en vild aspiration till den förväntade normen med säkerhet ett centralt fokus för varje kemisk ingenjör. Vi har omringat oss med praxis, förfaranden och regler som institutionaliserar detta tänkande och säkerställer pågående förbättringar, men till vilken kostnad för vårt yrke?
under de senaste 30-40 åren har ingenjörernas definierande egenskaper förändrats. Som förfaranden har blivit automatiserade och institutionaliserade, och säkerhetspraxis standardiserad och formulaic, vissa hävdar att ingenjörer har flyttat ner spektrumet från regel Brytare och regel beslutsfattare att vara övervägande regel anhängare. Effektivitet och överensstämmelse har överträffat innovation och kreativitet som de mest uppskattade egenskaperna.
ironiskt nog, som vår vilja och förmåga som ett yrke att förnya minskar vi befinner oss inför kanske den största utmaningen av alla – hur man skyddar vår planet från effekterna av klimatförändringar utan att skada de ekonomiska system som har gjort så mycket för att höja människor ur fattigdom. Det har aldrig varit ett mer brådskande behov av de kvaliteter och förmågor som har definierat teknik och ingenjörer i århundraden. Vi måste återupptäcka vårt arv och lära oss att belöna risktagande och alternativt tänkande – utan att äventyra säkerheten. Vi måste främja en förnyad känsla av regelskapande och lära oss att tolerera och hantera en lämplig mängd regelbrott – för om vi inte gör det och vi misslyckas med att leva upp till vårt ansvar för och förmåga att påverka klimatförändringen finns det inga alternativa grupper med den kunskap och expertis som krävs för att ta vår plats.
centralt för detta är det pågående behovet av att attrahera rätt talang, utveckla och behålla dem inom yrket.
vi måste särskilt vårda och stödja dem med tankesättet att utmana beteenden och göra de nya reglerna nödvändiga för att övervinna den senaste stora utmaningen.
allmänhetens uppfattning om vår bransch är fel och missvisad, och vi måste se till att vi inte fortsätter myten. Det finns en grund för aktivitet av ingenjörer och industri för att ta itu med dessa Storslagna Utmaningar – att arbeta tillsammans genom organisationer och allianser som Oil & Gas Climate Initiative (OGCI) och Task Force on Climate-related Disclosures (TFCD) för att säkerställa att framstegen är så snabba och effektiva som möjligt. IChemE har reviderat sin egen strategi för att passa FN: s hållbara utvecklingsmål och tekniska stora utmaningar (gå och titta på dem om du inte vet vad de är).
vi kommer att fortsätta dessa teman och börja ändra konversationen på APAC 2019, där ledande personer från området processautomation och kontroll kommer att samlas för att titta på teman så olika som hållbarhet, ny teknik och cybersäkerhet. För mer information, besök: https://www.icheme.org/career/events/advances-in-process-automation-and-control/