Какие показатели устойчивого развития (энергия, CO2, вода) целесообразно отчитывать для процессов смешивания?
Для промышленных процессов смешивания особенно подходят удельные, привязанные к продукту показатели устойчивого развития, дополненные абсолютными значениями энергии, выбросов и потребления воды. Такое сочетание позволяет сопоставлять процессы во времени, между рецептурами, установками и площадками, выявлять потенциал повышения эффективности и интегрировать данные в признанные системы управления и отчётности. Предпосылкой для достоверных сравнений являются чётко определённая граница системы, ясная функциональная единица — например, тонна готового к продаже продукта или загрузка — а также согласованные методы измерения и расчёта.
Для энергетической оценки процесса смешивания центральным показателем является удельное энергопотребление. Обычно оно указывается как электрическая энергия в кВт·ч на тонну, килограмм или кубический метр готового к продаже продукта. Для смесителей периодического действия дополнительно может быть целесообразным энергопотребление на загрузку. Решающее значение имеет то, что учитывается не только энергопотребление привода смесителя, но и — в зависимости от выбранной границы системы — вспомогательные агрегаты, такие как дозирующие органы, транспортирующая техника, создание вакуума, сжатый воздух, отсос, термостатирование и техника управления. Только так можно прослеживаемо оценить фактическую потребность в энергии на этапе смешивания.
Электрическая потребляемая мощность смесителя в кВт как зависимость от времени дополняет удельное энергопотребление. Профили нагрузки делают видимыми пусковые пики, фазы холостого хода, необычные нагрузки и колебания мощности, обусловленные процессом. Особенно информативно рассмотрение доли энергии холостого хода, переналадки, очистки и режима ожидания в общем энергопотреблении этапа смешивания. Высокие значения могут указывать на предотвратимые времена ожидания, неудачную передачу смены, длительную смену продукта, неподходящую последовательность рецептуры или неэффективные параметры управления. Для высоковязких сред, процессов диспергирования или интенсивных задач смешивания дополнительно может фиксироваться удельная энергия перемешивания в кВт·ч/кг или Вт·ч/л.
Если смеситель нагревается, охлаждается, сушится или применяется для экзотермических процессов, следует отдельно оценивать также потребность в тепловой энергии. Целесообразными показателями являются, например, потребность в тепле или холоде в кВт·ч или МДж на загрузку или на тонну продукта. При этом могут учитываться пар, термомасло, электрический нагрев, охлаждающая вода, холодная вода или другие энергоносители. Показатель рекуперации энергии целесообразен прежде всего тогда, когда из отработанного воздуха, контуров охлаждения, тепловых сред или технологического тепла фактически рекуперируется используемая энергия и применяется на другом этапе процесса. Для классических сухих процессов смешивания порошков без значимых источников тепла такой показатель часто имеет лишь ограниченную информативность.
В отношении выбросов CO₂ и парниковых газов этап смешивания следует чётко отделять от общего углеродного следа продукта. Прямые выбросы от используемого на месте топлива для получения тепла, пара, термомасла или напрямую сжигающих топливо агрегатов учитываются как Scope 1. Косвенные выбросы от закупленной электроэнергии, пара, тепла и холода указываются как Scope 2. GHG Protocol при этом различает location-based метод, использующий средние коэффициенты выбросов соответствующей электросети, и market-based метод, учитывающий определённую договорную или специфичную для поставщика информацию о закупках. На рынках с подходящими договорными инструментами и данными следует прослеживаемо отчитываться по обеим перспективам Scope 2.
Центральным показателем, привязанным к продукту, является интенсивность выбросов CO₂ на этапе смешивания, например в кг CO₂-эквивалента на тонну готового к продаже продукта, на килограмм или на загрузку. Он позволяет сравнивать различные режимы эксплуатации, установки или площадки при условии совпадения границы системы, функциональной единицы, коэффициента выбросов электроэнергии, отчётного периода и метода расчёта. Такие показатели, как кг CO₂-эквивалента на час работы, могут быть дополнительно полезны, но сами по себе менее информативны, поскольку не учитывают фактически произведённое количество. Углеродный след продукта (Product Carbon Footprint) следует указывать только тогда, когда его граница системы чётко описана. PCF по принципу gate-to-gate относится к определённому производственному этапу, тогда как PCF по принципу cradle-to-gate может дополнительно включать значимые вышестоящие выбросы от сырья, добавок, упаковки, вспомогательных материалов и транспортировки. Именно для сырья с высокой эмиссионной нагрузкой эти вышестоящие выбросы часто более значимы, чем энергопотребление самого смесителя.
Предотвращённые выбросы не следует смешивать с учтёнными выбросами Scope 1, Scope 2 или Scope 3. Они подходят в качестве отдельного проектного или сравнительного показателя, например при модернизации, оптимизации рецептуры, улучшении остаточного опорожнения или переходе на другой энергоноситель. Предпосылкой является прозрачно документированный референтный сценарий с той же функциональной единицей, идентичными границами системы, чёткими допущениями, сопоставимыми условиями эксплуатации и прослеживаемыми коэффициентами выбросов.
Показатели, связанные с водой, должны различать водозабор, водопотребление и сброс сточных вод. Вода может использоваться в процессе смешивания как компонент рецептуры, охлаждающая среда, моющая среда или вспомогательное вещество. Водозабор следует фиксировать в м³ или литрах в год, а также дополнительно в пересчёте на единицу производства, например м³ на тонну продукта. Целесообразное разделение различает технологическую воду, воду для очистки, охлаждающую воду и прочий расход. Водопотребление описывает количество воды, которое не возвращается обратно в ту же или сопоставимую среду. В принципе его можно определить как водозабор за вычетом сброса воды и изменений водных запасов. Поэтому GRI 303 рассматривает водозабор, сброс воды и водопотребление как взаимосвязанные показатели.
При частой смене продукта или высоких требованиях к гигиене особенно значим расход воды на очистку в расчёте на одну очистку или смену продукта. Его можно указывать в литрах или кубических метрах на цикл CIP, WIP или ручной очистки, а также дополнительно в соотношении с произведённым количеством продукта. Помимо количества воды следует также фиксировать расход моющих химикатов, если он существен для воздействия на окружающую среду или затрат. Объём сточных вод можно указывать как м³ на тонну продукта или на загрузку. В зависимости от отрасли и условий сброса дополнительно целесообразны такие параметры нагрузки, как химическая потребность в кислороде, биологическая потребность в кислороде, содержание взвешенных веществ, значение pH, электропроводность или другие специфичные для продукта параметры.
Показатель повторного использования или переработки воды можно указывать тогда, когда очищенная вода фактически повторно применяется в допустимых сферах. При этом необходимо чётко указывать, идёт ли речь о внутреннем циркуляционном контуре, использовании для очистки, охлаждения или других вспомогательных процессов. Простая циркуляция охлаждающей воды не является автоматически повторным использованием в смысле дополнительной экономии ресурсов. Значимость водопотребления следует также рассматривать в контексте площадки. Забор воды в регионах с риском водного стресса может быть экологически более значимым, чем заметно большие объёмы на территориях, богатых водой. Поэтому целесообразна классификация на основе признанных индикаторов водного стресса. GRI 303 требует отдельного рассмотрения водозабора в районах с риском водного стресса.
Дополнительные показатели процесса помогают выявлять причины высокого потребления энергии, выбросов CO₂ или расхода воды. К ним относятся общая эффективность оборудования (OEE), незапланированное время простоя, доля брака и доработки, остаточные количества после опорожнения, продолжительность и частота очистки, а также стабильность показателей от загрузки к загрузке. Низкая доступность установки или бракованные загрузки повышают расход ресурсов на единицу годного к продаже продукта, поскольку энергия, вода и сырьё расходуются без создания соответствующей добавленной стоимости. Хорошее остаточное опорожнение и стабильное ведение процесса могут снижать потери продукта, затраты на очистку и доработку.
Для содержательной отчётности по устойчивому развитию следует указывать вместе абсолютные годовые значения и удельные показатели по продукту. Абсолютные значения показывают общее воздействие площадки или предприятия на окружающую среду. Удельные значения делают видимыми изменения эффективности, даже если объём производства, ассортимент продукции или наработка колеблются. Поэтому практически применимая база показателей должна как минимум включать общее энергопотребление и энергоёмкость на тонну продукта, выбросы Scope 1 и Scope 2, интенсивность выбросов CO₂-эквивалента на выделенном этапе смешивания, водозабор, водопотребление, объём сточных вод, расход воды на очистку при смене продукта, а также значимые показатели брака, доработки и остаточного опорожнения.
Сбор данных должен по возможности выполняться автоматизированно с помощью подходящих и прослеживаемо откалиброванных счётчиков электроэнергии, тепла, воды и, при необходимости, сточных вод. Связь с системой управления процессом, системой энергоменеджмента, вышестоящими системами управления и производства, ERP или программным обеспечением технического обслуживания облегчает привязку к загрузкам, рецептурам, объёмам производства и причинам простоя. Для согласованных и проверяемых данных следует документировать границы системы, функциональные единицы, отчётные периоды, методы измерения, пробелы в данных, коэффициенты выбросов, методы расчёта и зоны ответственности. Классификация может ориентироваться на GHG Protocol, ISO 50001, ISO 14064, GRI 302, GRI 303 и GRI 305, а для предприятий, обязанных к отчётности, — на соответствующих требованиях ESRS E1 для климата и ESRS E3 для водных и морских ресурсов.
Так amixon® решает эту задачу
Устойчивость для amixon® означает совместное рассмотрение расхода энергии, выхода сырья, затрат на очистку, технического обслуживания и срока службы. Однако фактическое воздействие на окружающую среду и экономику всегда зависит от продукта, рецептуры, размера загрузки, степени заполнения, задачи смешивания, требований к гигиене и режима эксплуатации. Поэтому amixon® по возможности оценивает значимые параметры процесса применительно к конкретному случаю — например, посредством испытаний с оригинальным продуктом в испытательном центре или измерений в ходе последующей эксплуатации.
Энергоэффективность смесителя в значительной степени определяется принципом смешивания, геометрией инструмента, частотой вращения, степенью заполнения и необходимым временем смешивания. Смесители amixon® во многих применениях работают с низкими окружными скоростями смесительных инструментов. Это может обеспечивать щадящее перемещение продукта и ограничивать механический ввод энергии. Однако оптимальная частота вращения и фактическая потребность в мощности всегда подбираются под конкретную задачу смешивания. Для смесителя Gyraton® GM, предназначенного для больших загрузок, на первом плане стоит точная, бережная для продукта задача смешивания, реализуемая при сравнительно низкой подключаемой мощности. Конкретная подключаемая мощность, а также удельное энергопотребление на загрузку или тонну продукта зависят от продукта, степени заполнения, рецептуры, времени смешивания и требуемой однородности.
Короткое время смешивания может снижать энергопотребление на загрузку, если требуемое качество смешивания воспроизводимо достигается. Для смесителя KoneSlid® KS amixon® указывает оптимальное качество смешивания примерно через 20–30 оборотов инструмента. Это значение специфично для продукта и не может без оговорок переноситься на другие типы смесителей, рецептуры или степени заполнения. Поэтому для достоверной оценки удельное энергопотребление следует определять на основе испытаний в испытательном центре или эксплуатационных измерений. Информативными показателями являются, например, кВт·ч на загрузку, кВт·ч на тонну продукта и потребляемая мощность во времени.
Центральным рычагом эффективного использования сырья является максимально полное опорожнение смесителя. Малые остаточные количества могут снижать потери продукта, дополнительные затраты на очистку и, при смене продукта, риски перекрёстного загрязнения. В зависимости от продукта, типа смесителя и исполнения смесители amixon® могут достигать высокой степени опорожнения. При подходящих условиях с технологией ComDisc® возможна степень опорожнения до 99,997 процента и выше. Однако достижимое остаточное опорожнение необходимо оценивать с соответствующим оригинальным продуктом, поскольку текучесть, влажность, размер частиц, насыпная плотность и склонность к налипанию оказывают существенное влияние.
Смесительные камеры с минимальным количеством застойных зон, хорошо доступные, и очистка, соответствующая продукту, могут снижать потребность в воде, моющих химикатах и ручных операциях. При введении жидкостей мелкодисперсное и подобранное под продукт дозирование может способствовать ограничению локальных налипаний. Приводит ли это к сокращению времени очистки или снижению расхода моющих средств, зависит от рецептуры, гигиенических предписаний, частоты смены и соответствующего метода очистки. Для чувствительных к температуре порошков щадящий принцип смешивания может помогать ограничивать нежелательный нагрев. Действительно ли при этом экономится энергия на охлаждение, следует оценивать измерительными методами для конкретного процесса.
Длительный экономический срок службы также может вносить вклад в сбережение ресурсов. Прочные конструкции, подходящие материалы, хороший доступ для обслуживания, обеспечение запасными частями и возможности модернизации помогают эксплуатировать смесительные установки на протяжении многих лет и адаптировать их к изменяющимся требованиям. amixon® поддерживает эксплуатирующие организации техническим обслуживанием, обеспечением запасными частями, модернизацией и дооснащением. По данным amixon®, запасные части хранятся, в частности, на площадках в Германии, США и Японии, чтобы по возможности ограничивать время простоя. Модернизация может затрагивать, например, приводы, системы управления, сенсорику, функции безопасности, технику дозирования, очистку или документацию процесса.
Для прослеживаемой отчётности по устойчивому развитию решающее значение имеют показатели, привязанные к конкретному применению. К ним относятся, в частности, удельное энергопотребление на загрузку или тонну продукта, потребляемая мощность в ходе процесса, остаточное количество после опорожнения, доля потерь продукта, расход воды и моющих средств на очистку или смену продукта, расход быстроизнашивающихся деталей, а также срок службы установки. В зависимости от концепции автоматизации соответствующие эксплуатационные и технологические данные могут регистрироваться и документироваться применительно к конкретному проекту и использоваться для анализа энергии, CO₂, ресурсов или OEE.
Перед инвестицией конкретная задача смешивания может быть испытана в испытательном центре amixon® с оригинальным продуктом. На головной площадке в Падерборне для этого имеется более 30 испытательных установок различных типоразмеров. Кроме того, amixon® располагает техническими центрами в США, Китае, Японии, Индии, Таиланде и Южной Корее. Испытания могут проводиться при степенях заполнения, размерах загрузок, а также предусмотренных температурных и барических диапазонах, близких к реальному применению. Оцениваются, среди прочего, качество смешивания, бережное отношение к продукту, ввод энергии, опоражниваемость, очищаемость и воспроизводимость. Документированные результаты помогают эксплуатирующим организациям выбирать подходящее исполнение и оценивать технические и экономические риски перед инвестицией.
Короткое время смешивания не является приоритетной целью в каждом применении. Если в центре внимания находятся качество продукта, бережное отношение к продукту и низкая электрическая подключаемая мощность, преимуществом может быть более продолжительная, намеренно медленно проводимая гомогенизация. Силосный смеситель Gyraton® следует этому принципу: смесительный инструмент может работать с очень низкой частотой вращения, бережно перемешивая сыпучий материал. Благодаря этому требуемую мощность привода можно удерживать на низком уровне относительно большого объёма загрузки. Смесители Gyraton® доступны для загрузок объёмом до 100 м³ и подходят для сухих, влажных и мокрых сыпучих материалов. Конкретное время смешивания и мощность двигателя рассчитываются в каждом случае исходя из продукта, размера загрузки, степени заполнения и требуемого качества смешивания.