Quels indicateurs de durabilité (énergie, CO2, eau) peuvent être utilement reportés pour les procédés de mélange ?
Pour les procédés de mélange industriels, des indicateurs de durabilité spécifiques et liés au produit conviennent particulièrement, complétés par des valeurs absolues d'énergie, d'émissions et d'eau. Cette combinaison permet de situer les procédés à travers les périodes, les recettes, les installations et les sites, d'identifier des potentiels d'efficacité et d'intégrer les données dans des systèmes de gestion et de reporting reconnus. Des comparaisons solides supposent une limite de système clairement définie, une unité fonctionnelle claire — par exemple une tonne de produit commercialisable ou une charge — ainsi que des méthodes de mesure et de calcul cohérentes.
Pour l'évaluation énergétique d'un procédé de mélange, la consommation d'énergie spécifique est un indicateur central. Elle est généralement exprimée en énergie électrique en kWh par tonne, kilogramme ou mètre cube de produit commercialisable. Pour les mélangeurs discontinus, la consommation d'énergie par charge peut en outre être pertinente. Ce qui est déterminant, c'est que non seulement l'absorption d'énergie de l'entraînement de mélange soit considérée, mais aussi — selon la limite de système choisie — les équipements auxiliaires comme les organes de dosage, la technique de convoyage, la production de vide, l'air comprimé, l'aspiration, la mise en température et la technique de commande. Ce n'est qu'ainsi que le besoin énergétique réel de l'étape de mélange peut être évalué de façon traçable.
La puissance électrique absorbée du mélangeur en kW, en tant qu'évolution temporelle, complète la consommation d'énergie spécifique. Les profils de charge rendent visibles les pics de démarrage, les phases de marche à vide, les sollicitations inhabituelles et les fluctuations de puissance liées au procédé. Particulièrement significative est la considération de la part d'énergie de marche à vide, de préparation, de nettoyage et de veille dans la consommation d'énergie totale de l'étape de mélange. Des valeurs élevées peuvent indiquer des temps d'attente évitables, des transmissions de consigne défavorables, des changements de produit longs, des déroulements de recette inadaptés ou des paramètres de commande inefficaces. Pour les milieux très visqueux, les procédés de dispersion ou les tâches de mélange intensives, l'énergie d'agitation spécifique en kWh/kg ou Wh/L peut en outre être saisie.
Lorsqu'un mélangeur est chauffé, refroidi, séché ou utilisé pour des procédés exothermes, le besoin énergétique thermique devrait également être évalué séparément. Des indicateurs pertinents sont par exemple le besoin de chaleur ou de froid en kWh ou MJ par charge ou par tonne de produit. On peut y tenir compte de la vapeur, de l'huile thermique, du chauffage électrique, de l'eau de refroidissement, de l'eau froide ou d'autres vecteurs énergétiques. Un indicateur de récupération d'énergie est particulièrement pertinent lorsque de l'énergie réellement utilisable est effectivement récupérée à partir de l'air évacué, des circuits de refroidissement, des fluides thermiques ou de la chaleur de procédé et utilisée dans une autre étape de procédé. Pour les procédés de mélange de poudre secs classiques sans sources de chaleur notables, un tel indicateur n'a souvent qu'une portée limitée.
Pour les émissions de CO₂ et de gaz à effet de serre, l'étape de mélange devrait être clairement distinguée de l'empreinte totale du produit. Les émissions directes issues de combustibles utilisés sur site pour la chaleur, la vapeur, l'huile thermique ou des agrégats directement alimentés sont saisies comme scope 1. Les émissions indirectes issues de l'électricité, de la vapeur, de la chaleur et du froid achetés sont indiquées comme scope 2. Le GHG Protocol distingue à cet égard la méthode location-based, qui travaille avec des facteurs d'émission moyens du réseau électrique respectif, et la méthode market-based, qui prend en compte certaines informations d'approvisionnement contractuelles, respectivement spécifiques au fournisseur. Dans les marchés disposant d'instruments contractuels et de données adaptés, les deux perspectives du scope 2 devraient être rapportées de façon traçable.
Un indicateur central lié au produit est l'intensité en CO₂ de l'étape de mélange, par exemple en kg CO₂e par tonne de produit commercialisable, par kilogramme ou par charge. Elle permet de comparer différents modes d'exploitation, installations ou sites, à condition que la limite de système, l'unité fonctionnelle, le facteur d'émission électrique, la période de reporting et la méthode de calcul concordent. Des indicateurs comme les kg CO₂e par heure d'exploitation peuvent être utiles en complément, mais sont moins significatifs seuls, car ils ne tiennent pas compte de la quantité réellement produite. Une empreinte carbone produit ne devrait être indiquée que si sa limite de système est clairement décrite. Un PCF gate-to-gate se rapporte à l'étape de production définie, tandis qu'un PCF cradle-to-gate peut en outre intégrer des émissions amont essentielles issues des matières premières, additifs, emballages, auxiliaires et transports. Précisément pour les matières premières à forte intensité d'émissions, ces émissions amont sont souvent plus pertinentes que l'absorption d'énergie du mélangeur proprement dit.
Les émissions évitées ne devraient pas être mélangées avec les émissions bilancées de scope 1, 2 ou 3. Elles conviennent comme indicateur de projet ou de comparaison séparé, par exemple lors d'un rétrofit, d'une optimisation de recette, d'une amélioration de la vidange résiduelle ou d'un changement de vecteur énergétique. La condition est un scénario de référence documenté de façon transparente, avec la même unité fonctionnelle, des limites de système identiques, des hypothèses claires, des conditions d'exploitation comparables et des facteurs d'émission traçables.
Les indicateurs liés à l'eau devraient distinguer entre le prélèvement d'eau, la consommation d'eau et le rejet d'eaux usées. L'eau peut être utilisée dans le procédé de mélange comme composant de recette, milieu de refroidissement, milieu de nettoyage ou auxiliaire. Le prélèvement d'eau devrait être saisi en m³ ou litres par an et en outre rapporté à une unité de production, par exemple m³ par tonne de produit. Une répartition pertinente distingue l'eau de procédé, l'eau de nettoyage, l'eau de refroidissement et les autres consommations. La consommation d'eau décrit la quantité d'eau qui n'est pas restituée au même environnement ou à un environnement comparable. Elle peut fondamentalement être déterminée comme le prélèvement d'eau moins le rejet d'eau et les variations des réserves d'eau. La norme GRI 303 traite donc le prélèvement d'eau, le rejet d'eau et la consommation d'eau comme des indications liées entre elles.
En cas de changements de produit fréquents ou d'exigences d'hygiène élevées, la consommation d'eau de nettoyage par nettoyage ou par changement de produit est particulièrement pertinente. Elle peut être indiquée en litres ou mètres cubes par cycle CIP, WIP ou de nettoyage manuel, ainsi qu'en complément par rapport à la quantité de produit produite. Outre la quantité d'eau, la consommation de produits chimiques de nettoyage devrait également être saisie lorsqu'elle est essentielle pour l'impact environnemental ou les coûts. Le volume d'eaux usées peut être rapporté en m³ par tonne de produit ou par charge. Selon le secteur et les conditions de rejet, des paramètres de charge pertinents supplémentaires comme la demande chimique en oxygène, la demande biologique en oxygène, la charge de matières solides, le pH, la conductivité ou d'autres paramètres spécifiques au produit sont pertinents.
Un taux de réutilisation ou de recyclage de l'eau peut être indiqué lorsque de l'eau traitée est réellement réutilisée dans des applications autorisées. Il doit alors être clairement précisé s'il s'agit d'une circulation interne, d'une utilisation pour le nettoyage, le refroidissement ou d'autres procédés auxiliaires. La simple recirculation de l'eau de refroidissement n'est pas automatiquement une réutilisation au sens d'une économie de ressources supplémentaire. L'importance de la consommation d'eau devrait en outre être considérée dans le contexte du site. Des prélèvements dans des régions exposées au stress hydrique peuvent être écologiquement plus pertinents que des quantités nettement plus élevées sur des sites riches en eau. Une classification à l'aide d'indicateurs de stress hydrique reconnus est donc pertinente. La norme GRI 303 exige une considération distincte des prélèvements d'eau dans les zones exposées au stress hydrique.
Des indicateurs de procédé complémentaires aident à rendre visibles les causes d'une consommation élevée d'énergie, de CO₂ ou d'eau. En font partie l'efficacité globale de l'installation, les temps d'arrêt non planifiés, les taux de rebut et de retouche, les quantités résiduelles après vidange, la durée de nettoyage, la fréquence de nettoyage et la constance charge à charge. Une faible disponibilité de l'installation ou des charges défectueuses augmentent la consommation de ressources par quantité de produit commercialisable, car de l'énergie, de l'eau et des matières premières sont utilisées sans que la création de valeur correspondante n'en résulte. Une bonne vidange résiduelle et une conduite de procédé stable peuvent réduire les pertes de produit, l'effort de nettoyage et les retouches.
Pour un reporting de durabilité significatif, les valeurs annuelles absolues et les indicateurs de produit spécifiques devraient être présentés ensemble. Les valeurs absolues montrent l'impact environnemental total d'un site ou d'une entreprise. Les valeurs spécifiques rendent visibles les changements d'efficacité, même en cas de fluctuation de la quantité de production, du mix produit ou des heures de fonctionnement. Une base d'indicateurs adaptée à la pratique comprend donc au moins la consommation d'énergie totale et l'intensité énergétique par tonne de produit, les émissions de scope 1 et de scope 2, l'intensité CO₂e de l'étape de mélange délimitée, le prélèvement d'eau, la consommation d'eau, le volume d'eaux usées, l'eau de nettoyage par changement de produit ainsi que les indicateurs pertinents relatifs au rebut, aux retouches et à la vidange résiduelle.
La saisie des données devrait s'effectuer autant que possible de façon automatisée, via des compteurs d'électricité, de chaleur, d'eau et, le cas échéant, d'eaux usées adaptés et étalonnés de façon traçable. La mise en relation avec le système de conduite de procédé, le système de management de l'énergie, les systèmes de conduite et de production de niveau supérieur, l'ERP ou le logiciel de maintenance facilite l'attribution aux charges, recettes, quantités de production et causes d'arrêt. Pour des indications cohérentes et auditables, les limites de système, unités fonctionnelles, périodes de reporting, procédés de mesure, lacunes de données, facteurs d'émission, méthodes de calcul et responsabilités devraient être documentés. La classification peut s'orienter sur le GHG Protocol, l'ISO 50001, l'ISO 14064, la GRI 302, la GRI 303 et la GRI 305 ainsi que — pour les entreprises soumises à obligation de reporting — sur les exigences pertinentes de l'ESRS E1 pour le climat et de l'ESRS E3 pour l'eau et les ressources marines.
Ainsi amixon® résout cette tâche
Pour amixon®, la durabilité signifie considérer ensemble l'utilisation d'énergie, le rendement des matières premières, l'effort de nettoyage, la maintenance et la durée d'utilisation. L'impact environnemental et économique réel dépend cependant toujours du produit, de la recette, de la taille de charge, du taux de remplissage, de la tâche de mélange, des exigences d'hygiène et du mode d'exploitation. amixon® évalue donc les paramètres de procédé essentiels de façon aussi liée à l'application que possible — par exemple par des essais avec le produit d'origine en halle d'essais ou par des mesures lors de l'exploitation ultérieure.
L'efficacité énergétique d'un mélangeur est déterminée de façon essentielle par le principe de mélange, la géométrie de l'outil, la vitesse de rotation, le taux de remplissage et le temps de mélange nécessaire. Les mélangeurs amixon® travaillent dans de nombreuses applications avec de faibles vitesses périphériques des outils de mélange. Cela peut permettre un transfert de produit ménageant et limiter l'apport d'énergie mécanique. La vitesse de rotation optimale et le besoin de puissance réel sont cependant toujours adaptés à la tâche de mélange respective. Pour le mélangeur Gyraton® GM destiné aux grandes charges, une tâche de mélange précise, ménageante pour le produit et réalisable avec une puissance de raccordement comparativement faible est au premier plan. La puissance de raccordement concrète ainsi que la consommation d'énergie spécifique par charge ou tonne de produit dépendent du produit, du taux de remplissage, de la recette, du temps de mélange et de l'homogénéité requise.
Des temps de mélange courts peuvent réduire la consommation d'énergie par charge, à condition que la qualité de mélange requise soit atteinte de façon reproductible. Pour le mélangeur KoneSlid® KS, amixon® indique une qualité de mélange optimale après environ 20 à 30 rotations d'outil. Cette indication est spécifique au produit et n'est pas facilement transposable à d'autres types de mélangeurs, recettes ou taux de remplissage. Pour une évaluation solide, la consommation d'énergie spécifique devrait donc être déterminée à l'aide d'essais en halle d'essais ou de mesures d'exploitation. Des indicateurs pertinents sont par exemple les kWh par charge, les kWh par tonne de produit et la puissance absorbée dans son évolution temporelle.
Un levier central pour l'utilisation efficace des matières premières est la vidange la plus complète possible du mélangeur. De faibles quantités résiduelles peuvent réduire les pertes de produit, l'effort de nettoyage supplémentaire et, lors des changements de produit, les risques de contamination croisée. Selon le produit, le type de mélangeur et l'exécution, les mélangeurs amixon® peuvent atteindre des degrés de vidange élevés. Avec la technologie ComDisc®, des degrés de vidange allant jusqu'à 99,997 pour cent et plus sont possibles dans des conditions adaptées. La vidange résiduelle réellement atteignable doit néanmoins être évaluée avec le produit d'origine respectif, car le comportement d'écoulement, l'humidité, la taille des particules, la masse volumique apparente et la tendance à l'adhérence ont une influence essentielle.
Des chambres de mélange pauvres en espaces morts, bien accessibles, et un nettoyage adapté au produit peuvent réduire le besoin en eau, en produits chimiques de nettoyage et en interventions manuelles. Pour les applications avec incorporation de liquide, un dosage finement réparti et adapté au produit peut contribuer à limiter les adhérences locales. Le fait que cela se traduise par des temps de nettoyage réduits ou une consommation de produits de nettoyage moindre dépend de la recette, des prescriptions d'hygiène, de la fréquence de changement et du procédé de nettoyage respectif. Pour les poudres sensibles à la température, un principe de mélange ménageant peut aider à limiter un apport de température indésirable. Le fait qu'une économie d'énergie de refroidissement en résulte réellement devrait être évalué par mesure pour le procédé concret.
Une longue durée d'utilisation économique peut également contribuer à préserver les ressources. Des constructions robustes, des matériaux adaptés, une bonne accessibilité pour la maintenance, un approvisionnement en pièces de rechange et des options de rétrofit aident à exploiter les installations de mélange sur de nombreuses années et à les adapter à des exigences changeantes. amixon® soutient les exploitants avec la maintenance, l'approvisionnement en pièces de rechange, la modernisation et le rétrofit. Selon les indications d'amixon®, des pièces de rechange sont notamment stockées sur des sites en Allemagne, aux États-Unis et au Japon, afin de limiter autant que possible les temps d'arrêt. Les modernisations peuvent par exemple concerner les entraînements, les commandes, l'instrumentation, les fonctions de sécurité, la technique de dosage, le nettoyage ou la documentation de procédé.
Pour un reporting de durabilité traçable, les indicateurs liés à l'application sont déterminants. En font notamment partie la consommation d'énergie spécifique par charge ou tonne de produit, la puissance absorbée dans l'évolution du procédé, la quantité résiduelle après la vidange, le taux de perte de produit, la consommation d'eau et de produits de nettoyage par nettoyage ou changement de produit, la consommation de pièces d'usure ainsi que la durée d'utilisation de l'installation. Selon le concept d'automatisation, les données d'exploitation et de procédé correspondantes peuvent être saisies, documentées et utilisées de façon spécifique au projet pour des analyses d'énergie, de CO₂, de ressources ou d'OEE.
Avant un investissement, la tâche de mélange concrète peut être éprouvée dans la halle d'essais amixon® avec le produit d'origine. Sur le site principal de Paderborn, plus de 30 installations d'essai de tailles différentes sont disponibles à cet effet. amixon® entretient en outre des centres techniques aux États-Unis, en Chine, au Japon, en Inde, en Thaïlande et en Corée du Sud. Les essais peuvent être réalisés avec des taux de remplissage proches de l'application, des tailles de charge ainsi que les plages de température et de pression prévues. Sont notamment évaluées la qualité de mélange, le ménagement du produit, l'apport d'énergie, la vidangeabilité, la nettoyabilité et la reproductibilité. Les résultats documentés aident les exploitants à choisir une exécution adaptée et à évaluer les risques techniques et économiques avant un investissement.
Un temps de mélange court n'est pas l'objectif prioritaire dans chaque application. Lorsque la qualité de produit, le ménagement du produit et une faible puissance de raccordement électrique sont au premier plan, une homogénéisation plus longue, délibérément conduite lentement, peut être avantageuse. Le silo-mélangeur Gyraton® suit ce principe : l'outil de mélange peut fonctionner à une vitesse de rotation très faible et brasser le produit en vrac de façon ménageante. La puissance d'entraînement requise peut ainsi être maintenue basse par rapport à la grande quantité de charge. Les mélangeurs Gyraton® sont disponibles pour des tailles de charge allant jusqu'à 100 m³ et conviennent aux produits en vrac secs, humides et mouillés. Le temps de mélange concret et la puissance moteur sont chaque fois dimensionnés en fonction du produit, de la taille de charge, du taux de remplissage et de la qualité de mélange requise.