混合プロセスについて、エネルギー、CO2、水などのサステナビリティ指標を有意義にレポートするにはどうすればよいですか。
工業用の混合プロセスには、特に製品に紐づいた比指標が、絶対的なエネルギー、排出、水の数値と組み合わさる形で適しています。この組み合わせにより、期間、レシピ、設備、拠点を横断してプロセスを位置付け、効率化の余地を把握し、データを既存のマネジメント・報告システムに組み込むことが可能になります。信頼できる比較の前提となるのは、明確に定義されたシステム境界、明確な機能単位(たとえば販売可能な製品1トン、あるいは1バッチ)、そして一貫した測定・計算方法です。
混合プロセスのエネルギー評価にとって中心となる指標が、比エネルギー消費です。これは通常、販売可能な製品のトン、キログラム、あるいは立方メートル当たりの電気エネルギー(kWh)として示されます。バッチ式ミキサーでは、これに加えてバッチ当たりのエネルギー消費が有用な場合もあります。決定的なのは、混合駆動系の消費電力だけでなく、選択したシステム境界に応じて、計量機構、搬送技術、真空発生、圧縮空気、集塵、温度調整、制御技術といった補助機器も考慮に入れることです。そうして初めて、混合工程の実際のエネルギー需要を追跡可能な形で評価できます。
時間経過に沿ったミキサーの消費電力(kW)は、比エネルギー消費を補完します。負荷プロファイルは、起動ピーク、空転フェーズ、異常な負荷、プロセスに起因する出力変動を可視化します。特に説得力があるのは、混合工程の総エネルギー消費に占める空転、段取り替え、洗浄、スタンバイエネルギーの割合を検討することです。高い数値は、回避可能な待機時間、不都合なシフト引き継ぎ、長い製品切替、不適切なレシピ手順、あるいは非効率な制御パラメータを示している可能性があります。高粘度媒体、分散プロセス、あるいは強度の高い混合課題では、これに加えて比撹拌エネルギーをkWh/kgまたはWh/Lで把握することもできます。
ミキサーが加熱、冷却、乾燥、あるいは発熱反応プロセスに用いられる場合には、熱エネルギー需要も別途評価するべきです。有用な指標は、たとえばバッチ当たりまたは製品トン当たりの熱需要または冷熱需要(kWhまたはMJ)です。その際、蒸気、熱媒油、電気加熱、冷却水、冷水、あるいはその他のエネルギー媒体を考慮に入れることができます。エネルギー回収に関する指標は、特に排気、冷却回路、熱媒体、あるいはプロセス熱から実際に利用可能なエネルギーが回収され、別の工程ステップで使用される場合に意味を持ちます。目立った熱源を持たない従来型の乾式粉体混合プロセスでは、こうした指標はしばしば限定的な意味しか持ちません。
CO₂および温室効果ガス排出については、混合工程を製品全体のフットプリントから明確に区別するべきです。熱、蒸気、熱媒油のために現場で使用される燃料、あるいは直接燃焼する機器からの直接排出は、スコープ1として把握されます。購入した電力、蒸気、熱、冷熱による間接排出は、スコープ2として示されます。GHGプロトコルは、その電力網の平均排出係数を用いるロケーションベース方式と、特定の契約上またはサプライヤー固有の調達情報を考慮するマーケットベース方式を区別しています。適切な契約手段とデータがある市場では、両方のスコープ2の視点を追跡可能な形で報告するべきです。
中心となる製品関連指標が、混合工程のCO₂原単位であり、たとえば販売可能な製品トン当たり、キログラム当たり、あるいはバッチ当たりのkg CO₂eで示されます。これは、システム境界、機能単位、電力排出係数、報告期間、計算方法が一致していれば、異なる運転方式、設備、あるいは拠点の比較を可能にします。運転時間当たりのkg CO₂eといった指標は補助的に有用となり得ますが、実際に生産された量を考慮しないため、単独では説得力に欠けます。プロダクトカーボンフットプリント(PCF)は、そのシステム境界が明確に記述されている場合にのみ示すべきです。ゲートtoゲートのPCFは定められた生産工程を対象とし、クレードルtoゲートのPCFはこれに加え、原料、添加剤、包装、補助資材、輸送からの重要な上流排出を含めることができます。特に排出集約的な原料では、こうした上流排出のほうが、実際のミキサーの消費電力よりも重要になることが多くあります。
回避排出量は、集計されたスコープ1、スコープ2、あるいはスコープ3の排出と混同するべきではありません。これらは、たとえばレトロフィット、レシピの最適化、残留排出の改善、あるいはエネルギー媒体の転換といった、個別のプロジェクトまたは比較指標として適しています。前提となるのは、同一の機能単位、同一のシステム境界、明確な前提条件、比較可能な運転条件、そして追跡可能な排出係数を伴う、透明に文書化された参照シナリオです。
水に関する指標は、取水、水消費、排水を区別するべきです。水は混合プロセスにおいて、レシピの構成要素、冷却媒体、洗浄媒体、あるいは補助資材として用いられることがあります。取水は、年間の立方メートルまたはリットルで、さらに生産単位当たり、たとえば製品トン当たりの立方メートルとして把握するべきです。有用な区分としては、プロセス水、洗浄水、冷却水、その他の消費を区別します。水消費とは、同一または同等の環境に戻されない水量を表します。これは基本的に、取水量から排水量と水貯留の変化を差し引くことで求められます。そのためGRI 303は、取水、排水、水消費を一体となった情報として扱っています。
頻繁な製品切替や高い衛生要求がある場合には、洗浄または製品切替当たりの洗浄水消費が特に重要です。これは、CIP、WIP、あるいは手作業による洗浄サイクル当たりのリットルまたは立方メートルで、さらに生産された製品量との関係で示すことができます。水量に加えて、洗浄薬剤の消費も、それが環境影響やコストにとって重要な場合には把握するべきです。排水量は、製品トン当たり、あるいはバッチ当たりの立方メートルとして報告できます。業種と排水条件によっては、これに加えて化学的酸素要求量、生物学的酸素要求量、固形物負荷、pH値、導電率、あるいはその他の製品固有のパラメータといった関連する負荷指標が有用です。
処理された水が実際に許容される用途で再利用される場合には、水の再利用率あるいはリサイクル率を示すことができます。その際、内部循環なのか、洗浄、冷却、あるいは他の補助プロセスへの利用なのかを明確に示す必要があります。単なる冷却水の循環は、追加的な資源節約という意味での再利用には自動的に該当しません。さらに、水消費の重要性は、拠点の状況に照らして検討するべきです。水ストレスの高い地域での取水は、水が豊富な拠点でのはるかに多い量よりも、環境的に重要な意味を持つことがあります。したがって、認められた水ストレス指標に基づく位置付けが有用です。GRI 303は、水ストレスの高い地域における取水を別途検討することを求めています。
補助的なプロセス指標は、高いエネルギー、CO₂、あるいは水消費の原因を可視化するのに役立ちます。これには、設備総合効率、計画外停止時間、不良・手直し率、排出後の残留量、洗浄時間、洗浄頻度、バッチ間の一貫性が含まれます。低い設備稼働率や不良バッチは、販売可能な製品量当たりの資源消費を増やします。対応する価値創出がないまま、エネルギー、水、原料が投入されるためです。良好な残留排出と安定したプロセス運転は、製品ロス、洗浄の手間、手直しを減らすことができます。
説得力のあるサステナビリティレポートのためには、年間の絶対値と製品ごとの比指標を合わせて示すべきです。絶対値は、拠点や企業全体の環境影響を示します。比指標は、生産量、製品構成、あるいは運転時間が変動しても、効率の変化を可視化します。したがって、実務に適した指標の基盤は、少なくとも総エネルギー消費と製品トン当たりのエネルギー原単位、スコープ1・スコープ2排出、区切られた混合工程のCO₂e原単位、取水、水消費、排水量、製品切替当たりの洗浄水、そして不良、手直し、残留排出に関連する指標を含みます。
データ取得は、できる限り自動化された形で、適切に追跡可能な形で校正された電力、熱、水、場合によっては排水の計器を通じて行うべきです。プロセス制御システム、エネルギーマネジメントシステム、上位の管理・生産システム、ERP、あるいは保全ソフトウェアとの連携は、バッチ、レシピ、生産量、停止原因への割り当てを容易にします。一貫性があり監査可能な情報のためには、システム境界、機能単位、報告期間、測定方法、データの欠落、排出係数、計算方法、責任体制を文書化するべきです。位置付けは、GHGプロトコル、ISO 50001、ISO 14064、GRI 302、GRI 303、GRI 305、そして報告義務のある企業では、気候に関するESRS E1、水と海洋資源に関するESRS E3の該当する要求事項を参考にすることができます。
amixon® はこの課題をこう解決します
amixon® にとってのサステナビリティとは、エネルギー投入、原料歩留まり、洗浄の手間、保守、利用期間を合わせて検討することを意味します。ただし、実際の環境的・経済的な影響は、常に製品、レシピ、バッチサイズ、充填率、混合課題、衛生要求、運転方式によって決まります。そのため amixon® は、重要なプロセスパラメータを、できる限り用途に即して評価します。たとえばテストセンターでオリジナル製品を用いた試験や、後の運転における測定によってです。
ミキサーのエネルギー効率は、主に混合原理、工具形状、回転数、充填率、必要な混合時間によって決まります。amixon® のミキサーは、多くの用途で混合工具の周速が低く作動します。これにより、製品に配慮した循環を可能にし、機械的なエネルギー投入を抑えることができます。ただし、最適な回転数と実際の出力需要は、常にそれぞれの混合課題に合わせて調整されます。大バッチ向けの Gyraton® ミキサー GM では、精密で製品に配慮した、比較的低い設置電力で実現できる混合課題が前面に出ます。具体的な設置電力、そしてバッチまたはトン当たりの比エネルギー消費は、製品、充填率、レシピ、混合時間、求められる均一性によって決まります。
短い混合時間は、求められる混合品質が再現性をもって達成される限り、バッチ当たりのエネルギー消費を減らすことができます。KoneSlid® ミキサー KS について、amixon® は約20から30回の工具回転で最適な混合品質に達すると述べています。この数値は製品固有のものであり、他のミキサーの種類、レシピ、あるいは充填率にそのまま当てはめることはできません。したがって信頼できる評価のためには、比エネルギー消費をテストセンターでの試験または運転中の測定に基づいて確認するべきです。説得力のある指標としては、たとえばバッチ当たりのkWh、製品トン当たりのkWh、そして時間経過に沿った消費電力が挙げられます。
原料の効率的な活用にとって中心的な鍵となるのが、できる限り完全なミキサーの排出です。少ない残留量は、製品ロス、追加の洗浄の手間、そして製品切替時のクロスコンタミネーションのリスクを減らすことができます。製品、ミキサーの種類、仕様によっては、amixon® のミキサーは高い排出率を達成できます。ComDisc® テクノロジーでは、適切な条件下で99.997%以上の排出率が可能です。ただし、達成可能な残留排出は、それぞれのオリジナル製品について評価する必要があります。流動挙動、水分、粒子径、かさ密度、付着傾向が大きな影響を与えるためです。
デッドスペースの少ないアクセスしやすい混合室と、製品に適した洗浄は、水、洗浄薬剤、手作業による介入の必要性を減らすことができます。液体混入を伴う用途では、製品に合わせて細かく分散された計量が、局所的な付着を抑えるのに役立つことがあります。それにより実際に洗浄時間が短縮されるか、洗浄剤の消費が減るかは、レシピ、衛生規定、切替頻度、それぞれの洗浄方式によって決まります。温度に敏感な粉体では、穏やかな混合原理が、望ましくない温度上昇を抑えるのに役立つことがあります。それによって実際に冷却エネルギーを節約できるかどうかは、具体的なプロセスについて測定によって評価するべきです。
長い経済的耐用年数も、資源の保全に寄与することができます。堅牢な構造、適切な材料、良好な保守アクセス性、予備部品供給、レトロフィットの選択肢は、混合設備を何年にもわたって運転し、変化する要求に適応させるのに役立ちます。amixon® は、保守、予備部品供給、近代化、レトロフィットによって事業者を支援します。amixon® によれば、予備部品はドイツ、米国、日本などの拠点に備蓄されており、停止時間をできる限り抑えるようにしています。近代化は、たとえば駆動系、制御システム、センサー、安全機能、計量技術、洗浄、あるいはプロセス文書化に関わることがあります。
追跡可能なサステナビリティレポートにとって決定的なのは、用途に関連した指標です。これには特に、バッチまたは製品トン当たりの比エネルギー消費、プロセス経過に沿った消費電力、排出後の残留量、製品ロス率、洗浄または製品切替当たりの水・洗浄剤消費、摩耗部品の消費、そして設備の利用期間が含まれます。自動化コンセプトによっては、対応する運転・プロセスデータをプロジェクトごとに取得し、文書化し、エネルギー、CO₂、資源、あるいはOEEの評価に利用することができます。
投資の前に、具体的な混合課題は amixon® のテストセンターでオリジナル製品を用いて検証できます。パーダーボルンの本拠地には、さまざまな機種寸法の試験設備が30台以上用意されています。さらに amixon® は、米国、中国、日本、インド、タイ、韓国にテストセンターを構えています。試験は、実用に近い充填率、バッチサイズ、想定される温度・圧力範囲のもとで行うことができます。混合品質、製品への配慮、エネルギー投入、排出性、洗浄性、再現性などを評価します。文書化された結果は、事業者が適切な仕様を選定し、投資の前に技術的・経済的なリスクを評価するのに役立ちます。
短い混合時間は、あらゆる用途において最優先の目標ではありません。製品品質、製品への配慮、低い設置電力が重視される場合には、あえてゆっくりと進める、より長い均質化のほうが有利なことがあります。Gyraton® 混合サイロはこの原理に従っています。混合工具は非常に低い回転数で作動し、粉粒体を穏やかに循環させることができます。これにより、大バッチ量に対して必要な駆動出力を低く抑えることができます。Gyraton® ミキサーは100 m³までのバッチサイズに対応しており、乾燥、湿潤、湿式の粉粒体に適しています。具体的な混合時間とモーター出力は、それぞれ製品、バッチサイズ、充填率、求められる混合品質に基づいて設計されます。