Fabricație inteligentă și energie durabilă

Industria prelucrătoare reprezintă una dintre principalele surse de emisii de dioxid de carbon, un gaz cu efect de seră care contribuie semnificativ la schimbările climatice. Acest sector generează aproximativ o cincime din emisiile globale de CO₂, motiv pentru care reducerea consumului de energie și adoptarea unor soluții sustenabile devin esențiale în combaterea încălzirii globale.

Procesele de fabricație sustenabilă se bazează pe utilizarea surselor de energie regenerabilă și pe optimizarea consumului de resurse, având ca obiectiv reducerea impactului asupra mediului. Acestea urmăresc diminuarea consumului de energie, valorificarea eficientă a materiilor prime, reducerea deșeurilor și sprijinirea dezvoltării comunităților, contribuind totodată la protejarea mediului înconjurător. În continuare, vom analiza mai îndeaproape legătura dintre sustenabilitate și industria prelucrătoare.

Fabricație durabilă

Revoluția Industrială a contribuit semnificativ la dezvoltarea economică și tehnologică, dar a avut și un impact major asupra mediului, favorizând apariția problemelor climatice cu care ne confruntăm în prezent. În acest context, industria prelucrătoare are astăzi un rol esențial în tranziția către un model de dezvoltare sustenabilă.

Pentru a-și reduce amprenta de carbon, producătorii adoptă tot mai multe măsuri orientate spre protecția mediului, precum utilizarea surselor de energie regenerabilă, eficientizarea proceselor de producție și reducerea consumului de energie și de resurse naturale. În același timp, companiile analizează întregul ciclu de viață al produselor, de la etapa de proiectare până la reciclare sau reutilizare, pentru a identifica modalități de economisire a materialelor și de reducere a deșeurilor.

Toate aceste inițiative contribuie la dezvoltarea unei producții sustenabile, capabile să reducă impactul asupra mediului și să sprijine conservarea resurselor pentru generațiile viitoare.

Producție și energie

Industria prelucrătoare este unul dintre cei mai mari consumatori de energie la nivel global. Consumul energetic include atât procesele de fabricație propriu-zise, cât și alimentarea utilajelor, sistemelor automatizate, iluminatului, încălzirii și funcționării spațiilor industriale și administrative. Din acest motiv, sectorul producției înregistrează un consum de energie mai ridicat decât alte domenii importante, precum mineritul sau construcțiile.

Printre industriile cu cel mai mare consum energetic se numără producția de fier, oțel și aluminiu, dar și industriile chimică, alimentară, a hârtiei și a cimentului. În contextul actual al schimbărilor climatice, numeroși producători încearcă să reducă dependența de combustibilii fosili, precum petrolul și gazele naturale, prin implementarea unor tehnologii eficiente energetic și prin utilizarea surselor de energie regenerabilă, cum ar fi energia solară, eoliană, biogazul sau biomasa.

În același timp, industria prelucrătoare contribuie activ la tranziția energetică prin dezvoltarea și producția tehnologiilor necesare energiei sustenabile. De exemplu, producătorii extind fabricarea panourilor fotovoltaice și a sistemelor de stocare a energiei în baterii, esențiale pentru valorificarea eficientă a energiei provenite din surse regenerabile. Astfel, producătorii nu reprezintă doar o parte a problemei legate de schimbările climatice, ci și un element important al soluției pentru un viitor mai sustenabil.

Fabricație inteligentă

Fabricația inteligentă, cunoscută și sub denumirea de “fabrici inteligente”, reprezintă un element central al celei de-a patra revoluții industriale, Industrie 4.0. Aceasta se bazează pe utilizarea unor tehnologii moderne precum Internetul Industrial al Lucrurilor (IIoT), Big Data, inteligența artificială, realitatea virtuală și augmentată, precum și automatizarea avansată, inclusiv utilizarea roboților colaborativi (coboți).

Prin integrarea acestor tehnologii, fabricația inteligentă contribuie la creșterea sustenabilității proceselor industriale. Colectarea și analiza datelor în timp real permit monitorizarea și optimizarea consumului de energie, ceea ce conduce la o utilizare mai eficientă a resurselor și la reducerea impactului asupra mediului. De asemenea, monitorizarea întregului lanț de aprovizionare ajută companiile să identifice sursele emisiilor de carbon și să implementeze măsuri pentru diminuarea acestora.

Un alt exemplu important al tehnologiilor Industriei 4.0 este fabricația aditivă, cunoscută sub numele de imprimare 3D, care contribuie la reducerea pierderilor de materiale și a deșeurilor rezultate din producție. Astfel, companiile pot avansa către obiective de producție sustenabilă și chiar către conceptul de “zero deșeuri”.

În prezent, producătorii urmăresc să înțeleagă și să reducă impactul activităților lor asupra mediului, în special în ceea ce privește consumul de energie și emisiile de carbon. Fabricația inteligentă oferă instrumentele necesare pentru atingerea acestor obiective și joacă un rol esențial în dezvoltarea unei industrii moderne, eficiente și sustenabile.

Energie regenerabilă pentru producție

Energia regenerabilă reprezintă una dintre cele mai importante soluții în combaterea schimbărilor climatice și în reducerea emisiilor de carbon. În multe state dezvoltate, precum Regatul Unit, sursele regenerabile de energie contribuie deja semnificativ la producerea energiei electrice, iar ponderea acestora continuă să crească pe măsură ce se urmărește atingerea obiectivului de emisii nete zero.

O sursă de energie regenerabilă este o sursă naturală de energie care se reface continuu și care are un impact redus asupra mediului. Printre cele mai utilizate surse regenerabile se numără energia solară, eoliană, hidroelectrică și biomasa.

În sectorul industrial, tot mai mulți producători adoptă soluții bazate pe energie regenerabilă pentru alimentarea proceselor de producție. Panourile fotovoltaice montate pe acoperișurile fabricilor, turbinele eoliene instalate în apropierea unităților industriale și utilizarea biomasei pentru producerea căldurii reprezintă alternative sustenabile la combustibilii fosili, precum gazele naturale.

De asemenea, accesul la surse de energie regenerabilă a devenit un factor important în alegerea locației pentru noile unități de producție. Astfel, companiile urmăresc nu doar reducerea costurilor energetice, ci și diminuarea impactului asupra mediului și respectarea obiectivelor de sustenabilitate pe termen lung.

Reducerea deșeurilor

Pe lângă utilizarea surselor de energie regenerabilă, producătorii urmăresc tot mai mult implementarea unor strategii eficiente de reducere a deșeurilor. Acest proces nu se referă doar la diminuarea risipei de energie, ci și la utilizarea cât mai eficientă a materiilor prime și a resurselor implicate în producție.

Pentru atingerea acestui obiectiv, companiile optimizează procesele de fabricație și adoptă metode moderne de producție eficientă. Printre acestea se numără sistemul Just in Time, care presupune reducerea stocurilor la minimum și livrarea componentelor exact în momentul în care sunt necesare în procesul de producție. Astfel, se evită pierderile de materiale și costurile suplimentare asociate depozitării.

Introducerea tehnologiilor moderne contribuie, de asemenea, la reducerea deșeurilor și la creșterea eficienței producției. De exemplu, utilizarea sistemelor robotizate și a automatizării poate reduce erorile de fabricație și necesitatea reprelucrării produselor, ceea ce conduce la economisirea materialelor și a resurselor.

Reducerea deșeurilor are și un efect indirect important asupra consumului de energie. Atunci când sunt utilizate mai puține materii prime și sunt eliminate procesele inutile, scade și cantitatea de energie necesară pentru transport, depozitare și prelucrare în întregul lanț de aprovizionare. Prin urmare, reducerea deșeurilor contribuie atât la eficientizarea producției, cât și la protejarea mediului.

Eficiență energetică

Îmbunătățirea eficienței energetice reprezintă un aspect esențial al producției sustenabile, având beneficii atât asupra mediului, cât și asupra performanței economice a companiilor. În cadrul unităților industriale, consumul de energie destinat iluminatului, încălzirii, ventilației și funcționării echipamentelor poate genera costuri foarte ridicate.

Implementarea unor măsuri de eficiență energetică contribuie la reducerea consumului de energie și la diminuarea amprentei de carbon. Printre cele mai frecvente soluții se numără utilizarea iluminatului cu LED-uri cu consum redus, modernizarea și întreținerea sistemelor HVAC (încălzire, ventilație și climatizare), precum și optimizarea proceselor tehnologice.

De asemenea, introducerea echipamentelor moderne și eficiente energetic poate avea un impact semnificativ asupra consumului total de energie. Motoarele și sistemele de acționare vechi pot fi înlocuite cu modele performante, care utilizează mai puțină energie și oferă o eficiență mai ridicată. În același timp, utilajele industriale moderne permit obținerea unor performanțe mai bune cu un consum energetic redus.

Prin adoptarea acestor soluții, companiile pot reduce costurile operaționale, pot crește eficiența producției și pot contribui activ la protejarea mediului și la dezvoltarea sustenabilă a industriei.

Înțelegerea emisiilor

Pentru a identifica sursele emisiilor de gaze cu efect de seră, este important ca o companie să analizeze nu doar propriile activități, ci și întregul lanț de aprovizionare, precum și modul în care produsele sale sunt utilizate după fabricare. În acest context, emisiile sunt împărțite în trei categorii principale: Domeniul 1, Domeniul 2 și Domeniul 3.

Emisii de Domeniul 1

Acestea reprezintă emisiile generate direct de activitățile pe care compania le controlează. Exemple includ combustibilii utilizați pentru funcționarea utilajelor industriale, încălzirea clădirilor sau alimentarea flotei de vehicule proprii.

Emisii de Domeniul 2

Emisiile de Domeniul 2 sunt emisii indirecte rezultate din consumul de energie achiziționată de companie, cum ar fi energia electrică, termică sau de răcire. Deși organizația nu produce direct aceste emisii, ele apar ca urmare a necesarului său energetic.

Emisii de Domeniul 3

Această categorie include toate celelalte emisii indirecte generate de activitatea companiei pe întregul lanț valoric. Aici sunt incluse emisiile provenite din producerea și transportul materiilor prime, activitatea furnizorilor, distribuția produselor, deplasările angajaților, precum și utilizarea și eliminarea produselor după vânzare.

Analizarea emisiilor din toate cele trei domenii permite companiilor să înțeleagă mai bine impactul lor asupra mediului și să identifice măsuri eficiente pentru reducerea emisiilor și dezvoltarea unor practici sustenabile.

Reducerea emisiilor

Companiile care urmăresc reducerea impactului asupra mediului trebuie să acorde o atenție deosebită emisiilor de gaze cu efect de seră generate de activitățile lor. Primul pas constă, de regulă, în reducerea emisiilor din Domeniul 1, deoarece acestea provin din surse aflate sub controlul direct al companiei. În acest sens, îmbunătățirea eficienței energetice, modernizarea echipamentelor și reducerea consumului de combustibili fosili reprezintă măsuri esențiale.

Ulterior, organizațiile pot analiza emisiile din Domeniul 2 prin evaluarea consumului de energie și a sursei acesteia. Alegerea furnizorilor de energie regenerabilă sau utilizarea unor soluții proprii de producere a energiei verzi poate contribui semnificativ la diminuarea acestor emisii.

Reducerea emisiilor din Domeniul 3 este însă mai complexă, deoarece implică întregul lanț de aprovizionare și ciclul de viață al produselor. Pentru a aborda eficient aceste emisii, companiile trebuie să colaboreze cu furnizorii, partenerii și clienții, să monitorizeze fluxurile de materiale și să identifice soluții sustenabile pentru transport, producție și utilizarea produselor.

Prin adoptarea unor strategii integrate de reducere a emisiilor, companiile pot contribui la combaterea schimbărilor climatice, îmbunătățindu-și totodată eficiența operațională și competitivitatea pe termen lung.

Fabrici mai inteligente și sustenabile

Creșterea sustenabilității în industria prelucrătoare necesită implicarea întregii organizații și analizarea atentă a tuturor proceselor și activităților desfășurate în cadrul companiei. În acest context, fabricația inteligentă a devenit un instrument esențial pentru dezvoltarea unor procese de producție mai eficiente și mai prietenoase cu mediul.

Prin utilizarea tehnologiilor digitale și a sistemelor inteligente de analiză a datelor, companiile pot optimiza procesele de producție, reduce consumul de energie și utiliza resursele într-un mod mai eficient. Fabricația inteligentă oferă posibilitatea monitorizării în timp real a activităților industriale, facilitând identificarea pierderilor, reducerea deșeurilor și îmbunătățirea performanței operaționale.

De asemenea, colectarea și analiza datelor din întregul lanț valoric permit companiilor să înțeleagă mai bine impactul activităților lor asupra mediului. Astfel, producătorii pot identifica sursele emisiilor de carbon și pot implementa soluții sustenabile pentru reducerea acestora.

Prin integrarea tehnologiilor specifice Industriei 4.0, fabricația inteligentă contribuie la dezvoltarea unor fabrici moderne, eficiente și sustenabile, capabile să răspundă atât cerințelor economice, cât și provocărilor legate de protecția mediului.

Sustenabilitatea în Industrie 4.0

A patra revoluție industrială, cunoscută sub denumirea de Industrie 4.0, reprezintă o transformare tehnologică majoră care schimbă modul în care sunt produse bunurile în secolul XXI. Această revoluție se bazează pe integrarea tehnologiilor digitale, a automatizării și a sistemelor inteligente în procesele industriale.

Tehnologiile specifice Industriei 4.0 nu contribuie doar la creșterea competitivității și eficienței producătorilor, ci joacă și un rol important în atingerea obiectivelor de sustenabilitate. Prin utilizarea soluțiilor inteligente de gestionare a energiei, companiile pot reduce consumul energetic și impactul asupra mediului.

De asemenea, digitalizarea și automatizarea permit optimizarea proceselor de producție, reducerea pierderilor și utilizarea mai eficientă a resurselor. Analiza datelor și monitorizarea lanțului de aprovizionare oferă companiilor o imagine mai clară asupra emisiilor și a impactului activităților lor asupra mediului.

Inteligența artificială și sistemele predictive contribuie la întreținerea eficientă a utilajelor, prevenind defecțiunile și reducând consumul inutil de energie și materiale. Astfel, Industria 4.0 sprijină dezvoltarea unei industrii moderne, sustenabile și capabile să răspundă provocărilor economice și de mediu ale viitorului.

Studii de caz

Un exemplu relevant de creștere a eficienței energetice în industrie îl reprezintă utilizarea corpurilor de iluminat tip bară (Batten Lights). Aceste corpuri de iluminat electrice folosesc lămpi tubulare pentru a furniza lumină artificială și pot fi montate atât pe tavan, cât și pe pereți.

Asigurarea unei iluminări adecvate la locul de muncă este esențială pentru sănătatea și siguranța angajaților. Un iluminat insuficient sau necorespunzător poate provoca oboseală oculară, dureri de cap, oboseală fizică și scăderea productivității. În unele situații, acesta poate conduce și la apariția accidentelor de muncă sau la diminuarea calității produselor realizate.

Alegerea corpului de iluminat potrivit

Există numeroase tipuri de corpuri de iluminat tip bară, iar alegerea variantei potrivite depinde de mai mulți factori importanți:

• Lumina naturală
  Este recomandată utilizarea cât mai eficientă a luminii naturale existente. Ferestrele și luminatoarele trebuie menținute curate pentru a permite pătrunderea unei cantități maxime de lumină naturală și pentru a reduce consumul de energie electrică.
• Aplicația și tipul activității
  Sistemul de iluminat trebuie ales în funcție de activitatea desfășurată. De exemplu, un spațiu de birouri necesită o iluminare diferită față de o fabrică de confecții sau un atelier industrial.
• Poziționarea iluminatului
  Amplasarea corectă a corpurilor de iluminat contribuie la desfășurarea activităților în condiții de siguranță și confort, reducând solicitarea vizuală și riscul accidentelor.
• Mediul de utilizare
  În funcție de condițiile de lucru, pot fi necesare corpuri de iluminat anticorozive sau cu grad de protecție IP44 ori superior, rezistente la praf și umezeală.

Tipuri de montare

• Montare încastrată
  Permite integrarea corpului de iluminat în structura tavanului, oferind un aspect uniform și modern.
• Montare aparentă
  Reprezintă o metodă simplă și eficientă de fixare a corpurilor de iluminat LED sau fluorescente direct pe tavan.
• Montare suspendată
  Acest tip de montaj presupune suspendarea corpului de iluminat la o anumită distanță față de tavan și este utilizat frecvent în spațiile industriale înalte.

Funcții suplimentare

• Iluminat reglabil
  În anumite situații, poate fi necesar un sistem de iluminat reglabil. Pentru aceasta sunt utilizate balasturi și componente speciale de control și comutare.
• Difuzoare de lumină
  Acestea au rolul de a distribui și atenua uniform lumina, reducând efectul de orbire și îmbunătățind confortul vizual.

Temperatura de culoare

Temperatura de culoare reprezintă caracteristica ce determină nuanța luminii emise de o lampă și se măsoară în Kelvini (K). Valorile mai mici indică o lumină mai caldă, iar valorile mai mari o lumină mai rece.

Exemple de temperaturi de culoare:

• 2500K – alb foarte cald (Extra Warm White)
• 2700K – alb cald (Warm White)
• 3000K – alb cald spre neutru
• 3500K – alb neutru (White)
• 4000K – alb rece (Cool White)
• 6500K – lumină naturală (Daylight)

Alegerea temperaturii de culoare potrivite influențează confortul vizual, productivitatea și eficiența activităților desfășurate în spațiile industriale și administrative.

Aurocon COMPEC dispune de o ofertă bogată de astfel de surse de lumină, ce asigură eficiență, versatilitate și siguranță pentru aplicații rezidențiale, comerciale și industriale.

Exemplu: Sursă de iluminat tip bară RS PRO 22 W LED, 240V, anti-coroziv, 1570 mm, IP65

Nr. stoc RS: 279-0914 – Producător: RS PRO

Sursă de iluminat tip bară Weidmüller 7.5 W LED, 24V dc, lungime 240 mm, IP67

Nr. stoc RS: 287-4661 – Producător: Weidmüller – Cod de producător: 2436210000

O altă modalitate de eficientizare energetică a unui proces o reprezintă recuperarea energiei. Tehnologia aceasta constă în colectarea unor cantități mici de energie din mediul nostru – cum ar fi lumina, căldura, sunetul, undele radio, vibrațiile și mișcările – și transformarea acestei energii într-o sursă electrică.

Recoltarea/recuperarea energiei nu este o soluție nouă. Proiectanții au fost interesați de ea încă de la apariția primelor componente electronice și traductoare care convertesc energia în electricitate – cum ar fi celulele fotovoltaice și modulele Peltier. Cu toate acestea, rareori și-a găsit drumul în aplicații practice, din două motive: eficiența sa era limitată, iar energia recuperată era dificil de stocat.

Sub impulsul dat de Internetul Lucrurilor (IoT), progresele recente în utilizarea circuitelor integrate oferă acum un nou potențial. Până acum, recuperarea energiei era neglijabilă în comparație cu utilizarea circuitelor. Astăzi, datorită componentelor de ultimă generație, recuperarea energiei poate fi luată în considerare ca soluție viabilă pentru îmbunătățirea semnificativă a eficienței energetice a unei aplicații sau, pur și simplu, pentru eliminarea celulelor ori bateriilor din anumite dispozitive, cum ar fi nodurile senzoriale wireless IoT.

Captarea/recuperarea energiei poate contribui semnificativ la adoptarea unei noi aplicații:

– Lucrări de întreținere reduse, deoarece nu există baterii de înlocuit
– Impact ecologic redus prin eliminarea utilizării bateriilor
– Noi perspective pentru aplicații în locații îndepărtate sau subacvatice
– Costuri de operare reduse

Generator recuperator energetic ZF AFIG-0007 – 915 MHz

Nr. stoc RS: 873-6678 – Producător: ZF – Cod de producător: AFIG-0007

Generatorul de recuperare a energiei transformă vibrațiile mecanice în energie electrică. Când este acționat, o forță mecanică acționează vertical asupra capătului pârghiei generatorului. Un mecanism patentat transformă apoi energia mecanică generată în energie electrică sub forma unui impuls de tensiune. Vă rugăm să rețineți că acest produs trebuie utilizat împreună cu electronice RF adecvate. Acest generator de recuperare a energiei este integrat în comutatoarele basculante și de închidere Cherry cu numerele de stoc RS 8736671 și 8736675.

Kit de evaluare pentru captare energetică STMicroelectronics bazat pe SPV1050

Nr. stoc RS: 196-1884 – Producător: STMicroelectronics – Cod de producător: STEVAL-ISV021V1

STEVAL-ISV021V1 este un kit demonstrativ care constă dintr-un modul complet de captare a energiei bazat pe colectorul de energie SPV1050 ULP și pe un încărcător de baterii, având scopul de a arăta performanța electrică a convertorului de putere și multe alte mărimi electrice fundamentale legate de sistemul general.

Managerul energetic este configurat ca un convertor buck-boost, adaptându-se caracteristicilor electrice ale panoului fotovoltaic și bateriei montate.

O placă de monitorizare a puterii, împreună cu o interfață grafică software, sunt utilizate pentru a monitoriza și a reprezenta grafic atât tensiunea, cât și curentul panoului fotovoltaic și al bateriei, precum și performanțele sistemului, cum ar fi precizia MPPT și eficiența conversiei.

STEVAL-ISV021V1 reprezintă modulul de recoltare independent care poate fi interfațat cu un nod senzor wireless pentru a furniza microcontrolerului, emițătorului și senzorilor energia captată și stocată în baterie.

În plus, STEVAL-ISV021V1 încorporează un conector de extensie pentru a interfața și monitoriza unele dintre semnalele de intrare și ieșire SPV1050 prin intermediul unei plăci bazate pe microcontroler.

Având în vedere numeroasele constrângeri privind resursele și costurile energiei, care au atins un nivel istoric ridicat, o mai mare sustenabilitate a producției are sens nu doar din punct de vedere al mediului, ci și în ceea ce privește profitul companiei. Aplicarea conceptului Industrie 4.0 are ca obiectiv fundamental îmbunătățirea modului în care sunt realizate procesele, cu beneficii directe atât pentru sustenabilitatea de mediu, cât și pentru sustenabilitatea economică pe termen lung. Oferta completă Aurocon COMPEC este disponibilă la https://ro.rsdelivers.com/.

Surse:
https://uk.rs-online.com/web/content/discovery/ideas-and-advice/smart-manufacturing-sustainable-energy-guide
https://uk.rs-online.com/web/content/discovery/ideas-and-advice/energy-harvesting-iot

Autor: Bogdan Grămescu
Aurocon Compec

Glosar de termeni

Fabricație inteligentă – Model de producție bazat pe tehnologii conectate, monitorizare în timp real și analiză de date, utilizat pentru optimizarea proceselor, reducerea consumului de energie și creșterea eficienței operaționale.
Big Data – Seturi mari de date care pot fi analizate pentru identificarea unor modele, tendințe sau oportunități de optimizare în procesele industriale.
Fabricație aditivă – Proces de producție cunoscut și sub denumirea de imprimare 3D, prin care obiectele sunt realizate prin adăugarea succesivă de material, reducând pierderile comparativ cu metodele tradiționale de prelucrare.

Emisii de Domeniul 1, 2 și 3 – Categorii utilizate pentru clasificarea emisiilor de gaze cu efect de seră: emisii directe generate de companie, emisii indirecte provenite din energia achiziționată și emisii indirecte generate pe întregul lanț valoric.
Recuperarea energiei – Proces prin care cantități mici de energie din mediul înconjurător, precum lumina, căldura, vibrațiile sau undele radio, sunt captate și transformate în energie electrică utilizabilă.
MPPT — Maximum Power Point Tracking – Tehnică utilizată în sistemele fotovoltaice pentru optimizarea extragerii energiei disponibile de la un panou solar, în funcție de condițiile de funcționare.
Buck-boost – Tip de convertor DC-DC capabil să furnizeze o tensiune de ieșire mai mică sau mai mare decât tensiunea de intrare, în funcție de cerințele aplicației.