Jakie wskaźniki zrównoważonego rozwoju (energia, CO2, woda) można sensownie raportować dla procesów mieszania?
Dla przemysłowych procesów mieszania odpowiednie są przede wszystkim specyficzne, odniesione do produktu wskaźniki zrównoważonego rozwoju, uzupełnione o bezwzględne wartości energii, emisji i wody. Ta kombinacja umożliwia porównywanie procesów w czasie, między recepturami, instalacjami i lokalizacjami, rozpoznawanie potencjałów efektywnościowych oraz integrację danych z uznanymi systemami zarządzania i raportowania. Warunkiem wiarygodnych porównań są jednoznacznie zdefiniowana granica systemu, jasna jednostka funkcjonalna – na przykład tona produktu zdatnego do sprzedaży lub wsad – oraz spójne metody pomiaru i obliczeń.
Dla oceny energetycznej procesu mieszania centralnym wskaźnikiem jest jednostkowe zużycie energii. Podaje się je zazwyczaj jako energię elektryczną w kWh na tonę, kilogram lub metr sześcienny produktu zdatnego do sprzedaży. Przy mieszalnikach wsadowych sensowne może być dodatkowo zużycie energii na wsad. Decydujące jest to, aby uwzględniać nie tylko pobór energii przez napęd mieszający, lecz – zależnie od wybranej granicy systemu – również agregaty pomocnicze, takie jak elementy dozujące, technika transportu, wytwarzanie próżni, sprężone powietrze, odciąg, temperowanie i technika sterowania. Tylko w ten sposób można w zrozumiały sposób ocenić rzeczywiste zapotrzebowanie na energię etapu mieszania.
Pobór mocy elektrycznej mieszalnika w kW jako przebieg w czasie uzupełnia jednostkowe zużycie energii. Profile obciążenia pokazują szczyty rozruchowe, fazy jałowe, nietypowe obciążenia i wahania mocy wynikające z procesu. Szczególnie miarodajne jest rozpatrzenie udziału energii jałowej, przezbrojeniowej, czyszczącej i w trybie gotowości w całkowitym zużyciu energii etapu mieszania. Wysokie wartości mogą wskazywać na dające się uniknąć czasy oczekiwania, niekorzystne przekazania zmian, długie zmiany produktu, nieodpowiednie przebiegi receptury lub nieefektywne parametry sterowania. Przy mediach o wysokiej lepkości, procesach dyspergowania lub intensywnych zadaniach mieszania dodatkowo można rejestrować jednostkową energię mieszania w kWh/kg lub Wh/l.
Jeśli mieszalnik jest ogrzewany, chłodzony, suszony lub stosowany do procesów egzotermicznych, należy również oddzielnie ocenić zapotrzebowanie na energię cieplną. Sensownymi wskaźnikami są na przykład zapotrzebowanie na ciepło lub chłód w kWh lub MJ na wsad lub na tonę produktu. Można przy tym uwzględniać parę, olej termalny, ogrzewanie elektryczne, wodę chłodzącą, wodę zimną lub inne nośniki energii. Wskaźnik odzysku energii jest sensowny zwłaszcza wtedy, gdy z powietrza wywiewanego, obiegów chłodzących, mediów termicznych lub ciepła procesowego rzeczywiście odzyskuje się użyteczną energię i wykorzystuje w innym etapie procesu. Przy klasycznych suchych procesach mieszania proszków bez istotnych źródeł ciepła taki wskaźnik ma często ograniczoną wartość informacyjną.
Dla emisji CO₂ i gazów cieplarnianych etap mieszania powinien być wyraźnie odróżniony od całkowitego śladu produktu. Emisje bezpośrednie z paliw stosowanych na miejscu do wytwarzania ciepła, pary, oleju termalnego lub agregatów opalanych bezpośrednio rejestruje się jako Scope 1. Emisje pośrednie z zakupionej energii elektrycznej, pary, ciepła i chłodu wykazuje się jako Scope 2. Protokół GHG (GHG Protocol) rozróżnia przy tym metodę location-based, opartą na średnich współczynnikach emisji danej sieci elektroenergetycznej, oraz metodę market-based, uwzględniającą określone umowne bądź specyficzne dla dostawcy informacje o zakupie energii. Na rynkach z odpowiednimi instrumentami umownymi i danymi obie perspektywy Scope 2 powinny być raportowane w sposób możliwy do prześledzenia.
Centralnym wskaźnikiem odniesionym do produktu jest intensywność CO₂ etapu mieszania, na przykład w kg CO₂e na tonę produktu zdatnego do sprzedaży, na kilogram lub na wsad. Umożliwia ona porównanie różnych sposobów eksploatacji, instalacji lub lokalizacji, o ile zgadzają się granica systemu, jednostka funkcjonalna, współczynnik emisji energii elektrycznej, okres raportowania i metoda obliczeniowa. Wskaźniki, takie jak kg CO₂e na godzinę pracy, mogą być pomocne uzupełniająco, ale same w sobie mają mniejszą wartość informacyjną, ponieważ nie uwzględniają rzeczywiście wyprodukowanej ilości. Ślad węglowy produktu (Product Carbon Footprint) powinien być wykazywany tylko wtedy, gdy jego granica systemu jest jednoznacznie opisana. Gate-to-gate PCF odnosi się do zdefiniowanego etapu produkcji, podczas gdy cradle-to-gate PCF może dodatkowo uwzględniać istotne emisje poprzedzające z surowców, dodatków, opakowań, materiałów pomocniczych i transportu. Zwłaszcza przy surowcach o wysokiej intensywności emisyjnej te emisje poprzedzające są często istotniejsze niż pobór energii przez sam mieszalnik.
Emisje uniknięte nie powinny być mieszane z bilansowanymi emisjami Scope 1, Scope 2 czy Scope 3. Nadają się one jako odrębny wskaźnik projektowy lub porównawczy, na przykład przy retrofitcie, optymalizacji receptury, poprawie opróżniania resztkowego lub zmianie nośnika energii. Warunkiem jest przejrzyście udokumentowany scenariusz referencyjny z tą samą jednostką funkcjonalną, identycznymi granicami systemu, jasnymi założeniami, porównywalnymi warunkami eksploatacji i możliwymi do prześledzenia współczynnikami emisji.
Wskaźniki związane z wodą powinny rozróżniać pobór wody, zużycie wody i zrzut ścieków. Woda może być stosowana w procesie mieszania jako składnik receptury, medium chłodzące, medium czyszczące lub materiał pomocniczy. Pobór wody powinien być rejestrowany w m³ lub litrach rocznie, a dodatkowo w odniesieniu do jednostki produkcyjnej, na przykład m³ na tonę produktu. Sensowny podział rozróżnia wodę procesową, wodę czyszczącą, wodę chłodzącą i pozostałe zużycia. Zużycie wody opisuje ilość wody, która nie zostaje zwrócona do tego samego lub porównywalnego środowiska. Można je zasadniczo określić jako pobór wody pomniejszony o zrzut wody i zmiany zasobów wodnych. GRI 303 traktuje dlatego pobór wody, zrzut wody i zużycie wody jako powiązane ze sobą dane.
Przy częstych zmianach produktu lub wysokich wymaganiach higienicznych szczególnie istotne jest zużycie wody czyszczącej na czyszczenie lub na zmianę produktu. Można je wykazywać w litrach lub metrach sześciennych na cykl czyszczenia CIP, WIP lub ręcznego, a dodatkowo w relacji do wyprodukowanej ilości produktu. Obok ilości wody należy również rejestrować zużycie chemikaliów czyszczących, jeśli mają one istotne znaczenie dla oddziaływania środowiskowego lub kosztów. Ilość powstających ścieków można raportować jako m³ na tonę produktu lub na wsad. Zależnie od branży i warunków zrzutu sensowne są dodatkowo istotne parametry ładunku, takie jak chemiczne zapotrzebowanie na tlen, biologiczne zapotrzebowanie na tlen, ładunek substancji stałych, wartość pH, przewodność lub inne parametry specyficzne dla produktu.
Wskaźnik ponownego wykorzystania lub recyklingu wody można wykazywać, gdy uzdatniona woda jest rzeczywiście ponownie stosowana w dopuszczalnych zastosowaniach. Należy przy tym jasno wskazać, czy chodzi o wewnętrzny obieg zamknięty, wykorzystanie do czyszczenia, chłodzenia czy innych procesów pomocniczych. Samo obiegowe krążenie wody chłodzącej nie jest automatycznie ponownym wykorzystaniem w sensie dodatkowej oszczędności zasobów. Znaczenie zużycia wody należy ponadto rozpatrywać w kontekście lokalizacji. Pobory w regionach zagrożonych stresem wodnym mogą mieć większe znaczenie ekologiczne niż znacznie wyższe ilości w lokalizacjach bogatych w wodę. Dlatego sensowna jest klasyfikacja na podstawie uznanych wskaźników stresu wodnego. GRI 303 wymaga odrębnego rozpatrzenia poborów wody na obszarach zagrożonych stresem wodnym.
Uzupełniające wskaźniki procesowe pomagają uwidocznić przyczyny wysokiego zużycia energii, CO₂ lub wody. Należą do nich całkowita efektywność wyposażenia (Overall Equipment Effectiveness), nieplanowane czasy przestoju, wskaźniki braków i poprawek, ilości resztkowe po opróżnieniu, czas trwania czyszczenia, częstotliwość czyszczenia i spójność między wsadami. Niska dostępność instalacji lub wadliwe wsady zwiększają zużycie zasobów na jednostkę produktu zdatnego do sprzedaży, ponieważ energia, woda i surowce są zużywane bez odpowiadającej im wartości dodanej. Dobre opróżnianie resztkowe i stabilne prowadzenie procesu mogą zmniejszać straty produktu, nakład na czyszczenie i poprawki.
Dla miarodajnego raportowania zrównoważonego rozwoju bezwzględne wartości roczne i specyficzne wskaźniki produktowe powinny być wykazywane wspólnie. Wartości bezwzględne pokazują całkowite oddziaływanie środowiskowe lokalizacji lub przedsiębiorstwa. Wartości specyficzne uwidaczniają zmiany efektywności, nawet gdy wielkość produkcji, asortyment produktów lub godziny pracy się wahają. Praktyczna baza wskaźników obejmuje zatem co najmniej całkowite zużycie energii i intensywność energetyczną na tonę produktu, emisje Scope 1 i Scope 2, intensywność CO₂e wyodrębnionego etapu mieszania, pobór wody, zużycie wody, ilość ścieków, wodę czyszczącą na zmianę produktu oraz istotne wskaźniki dotyczące braków, poprawek i opróżniania resztkowego.
Rejestracja danych powinna odbywać się w miarę możliwości automatycznie, za pomocą odpowiednich i możliwych do prześledzenia skalibrowanych liczników prądu, ciepła, wody i ewentualnie ścieków. Powiązanie z systemem sterowania procesem, systemem zarządzania energią, nadrzędnymi systemami sterowania i produkcji, systemem ERP lub oprogramowaniem do zarządzania utrzymaniem ruchu ułatwia przyporządkowanie do wsadów, receptur, ilości produkcyjnych i przyczyn przestojów. Dla spójnych i możliwych do audytu danych należy dokumentować granice systemu, jednostki funkcjonalne, okresy raportowania, metody pomiarowe, luki w danych, współczynniki emisji, metody obliczeniowe i zakresy odpowiedzialności. Klasyfikacja może opierać się na GHG Protocol, ISO 50001, ISO 14064, GRI 302, GRI 303 i GRI 305 oraz – w przypadku przedsiębiorstw objętych obowiązkiem raportowania – na odpowiednich wymaganiach ESRS E1 dla klimatu i ESRS E3 dla wody i zasobów morskich.
Tak amixon® rozwiązuje to zadanie
Zrównoważony rozwój w rozumieniu amixon® oznacza wspólne rozpatrywanie zużycia energii, wydajności surowcowej, nakładu na czyszczenie, konserwacji i okresu użytkowania. Rzeczywisty wpływ środowiskowy i ekonomiczny zależy jednak zawsze od produktu, receptury, wielkości wsadu, stopnia napełnienia, zadania mieszania, wymagań higienicznych i sposobu eksploatacji. Dlatego amixon® ocenia istotne parametry procesowe w miarę możliwości w odniesieniu do zastosowania – na przykład poprzez próby z produktem oryginalnym w centrum prób lub poprzez pomiary w późniejszej eksploatacji.
Efektywność energetyczna mieszalnika jest w znacznym stopniu determinowana przez zasadę mieszania, geometrię narzędzia, prędkość obrotową, stopień napełnienia i wymagany czas mieszania. Mieszalniki amixon® pracują w wielu zastosowaniach z niskimi prędkościami obwodowymi narzędzi mieszających. Może to umożliwiać łagodne przemieszczanie produktu i ograniczać mechaniczne wprowadzanie energii. Optymalna prędkość obrotowa i rzeczywiste zapotrzebowanie na moc są jednak zawsze dostosowywane do danego zadania mieszania. W mieszalniku Gyraton® GM dla dużych wsadów na pierwszym planie stoi zadanie mieszania precyzyjne, łagodne wobec produktu i możliwe do zrealizowania przy stosunkowo niskiej mocy przyłączeniowej. Konkretna moc przyłączeniowa oraz jednostkowe zużycie energii na wsad lub tonę produktu zależą od produktu, stopnia napełnienia, receptury, czasu mieszania i wymaganej jednorodności.
Krótkie czasy mieszania mogą obniżać zużycie energii na wsad, o ile wymagana jakość mieszania zostaje osiągnięta w sposób powtarzalny. W mieszalniku KoneSlid® KS amixon® podaje optymalną jakość mieszania po około 20 do 30 obrotach narzędzia. Ta wartość jest specyficzna dla danego produktu i nie jest bez zastrzeżeń przenoszalna na inne typy mieszalników, receptury czy stopnie napełnienia. Dla wiarygodnej oceny jednostkowe zużycie energii powinno być zatem ustalane na podstawie prób w centrum prób lub pomiarów eksploatacyjnych. Miarodajnymi wskaźnikami są na przykład kWh na wsad, kWh na tonę produktu oraz pobór mocy w przebiegu czasowym.
Centralną dźwignią efektywnego wykorzystania surowców jest możliwie kompletne opróżnianie mieszalnika. Niskie ilości resztkowe mogą zmniejszać straty produktu, dodatkowy nakład na czyszczenie oraz przy zmianach produktu również ryzyko zanieczyszczenia krzyżowego. Zależnie od produktu, typu mieszalnika i wykonania mieszalniki amixon® mogą osiągać wysokie stopnie opróżnienia. Dzięki technologii ComDisc® możliwe są w odpowiednich warunkach stopnie opróżnienia do 99,997 procent i wyższe. Osiągalne opróżnianie resztkowe musi jednak być oceniane z danym produktem oryginalnym, ponieważ zachowanie płynięcia, wilgotność, wielkość cząstek, gęstość nasypowa i skłonność do przywierania mają istotny wpływ.
Komory mieszania bez stref martwych, dobrze dostępne oraz czyszczenie dostosowane do produktu mogą zmniejszać zapotrzebowanie na wodę, chemikalia czyszczące i interwencje ręczne. Przy zastosowaniach z wmieszaniem cieczy drobno rozproszone i dostosowane do produktu dozowanie może pomagać ograniczać lokalne przywieranie. Czy wynikają z tego krótsze czasy czyszczenia lub zmniejszone zużycie środków czyszczących, zależy od receptury, wymagań higienicznych, częstotliwości zmian i danej metody czyszczenia. Przy proszkach wrażliwych na temperaturę łagodna zasada mieszania może pomagać ograniczać niepożądane wprowadzanie ciepła. Czy rzeczywiście pozwala to oszczędzać energię chłodzenia, powinno być ocenione pomiarowo dla konkretnego procesu.
Długi ekonomiczny okres użytkowania może również przyczyniać się do oszczędzania zasobów. Solidne konstrukcje, odpowiednie materiały, dobra dostępność konserwacyjna, zaopatrzenie w części zamienne i opcje retrofitu pomagają eksploatować instalacje mieszające przez wiele lat i dostosowywać je do zmienionych wymagań. amixon® wspiera użytkowników konserwacją, zaopatrzeniem w części zamienne, modernizacją i retrofitem. Według amixon® części zamienne są magazynowane między innymi w lokalizacjach w Niemczech, USA i Japonii, aby możliwie ograniczać czasy przestoju. Modernizacje mogą dotyczyć na przykład napędów, sterowania, czujników, funkcji bezpieczeństwa, techniki dozowania, czyszczenia lub dokumentacji procesowej.
Dla możliwego do prześledzenia raportowania zrównoważonego rozwoju decydujące są wskaźniki odniesione do zastosowania. Należą do nich zwłaszcza jednostkowe zużycie energii na wsad lub tonę produktu, pobór mocy w przebiegu procesu, ilość resztkowa po opróżnieniu, wskaźnik strat produktu, zużycie wody i środków czyszczących na czyszczenie lub zmianę produktu, zużycie części zużywających się oraz okres użytkowania instalacji. Zależnie od koncepcji automatyzacji odpowiednie dane eksploatacyjne i procesowe mogą być rejestrowane specyficznie dla projektu, dokumentowane i wykorzystywane do analiz energetycznych, CO₂, zasobowych lub OEE.
Przed inwestycją konkretne zadanie mieszania może zostać wypróbowane w centrum prób amixon® z produktem oryginalnym. W siedzibie głównej w Paderborn dostępnych jest w tym celu ponad 30 instalacji próbnych w różnych wielkościach konstrukcyjnych. Ponadto amixon® utrzymuje centra techniczne w USA, Chinach, Japonii, Indiach, Tajlandii i Korei Południowej. Próby mogą być przeprowadzane przy stopniach napełnienia i wielkościach wsadu zbliżonych do zastosowania oraz przewidzianych zakresach temperatury i ciśnienia. Ocenie podlegają między innymi jakość mieszania, łagodność wobec produktu, wprowadzanie energii, zdolność do opróżniania, czyszczalność i powtarzalność. Udokumentowane wyniki wspierają użytkowników przy wyborze odpowiedniego wykonania oraz przy ocenie ryzyk technicznych i ekonomicznych przed inwestycją.
Krótki czas mieszania nie w każdym zastosowaniu jest celem nadrzędnym. Jeśli w centrum uwagi znajdują się jakość produktu, łagodność wobec produktu i niska moc przyłączeniowa elektryczna, korzystna może być dłuższa, celowo powoli prowadzona homogenizacja. Silos mieszający Gyraton® realizuje tę zasadę: narzędzie mieszające może pracować z bardzo niską prędkością obrotową i łagodnie przemieszczać materiał sypki. Dzięki temu wymaganą moc napędu można utrzymać na niskim poziomie w stosunku do dużej ilości wsadu. Mieszalniki Gyraton® są dostępne dla wielkości wsadu do 100 m³ i nadają się do materiałów sypkich suchych, wilgotnych oraz mokrych. Konkretny czas mieszania i moc silnika są dobierane każdorazowo na podstawie produktu, wielkości wsadu, stopnia napełnienia i wymaganej jakości mieszania.