Sức khỏe & Đời sống
5 cách các nhà sản xuất có thể giảm thiểu lượng khí thải carbon
Ngành công nghiệp, xã hội và Trái đất đang phải đối mặt với tình trạng khẩn cấp về khí hậu. Khi các quốc gia trên khắp thế giới tranh giành để áp dụng các nguồn năng lượng sạch hơn và thu nhỏ dấu vết carbon của họ, ngành công nghiệp đang được thúc đẩy để khử các quy trình sản xuất carbon.
Khi các thế hệ tương lai nhìn lại những năm đầu của thế kỷ 21, họ sẽ phát hiện ra kỷ nguyên carbon được xác định bởi biến đổi khí hậu, khí nhà kính và đồng hồ ngày tận thế tích tắc xuống Trái đất không thể ở được. Không nghi ngờ gì nữa, tính bền vững và quản lý khí thải carbon là một trong những vấn đề lâu dài nhất trong 20 năm qua.
Ngân sách Carbon Toàn cầu gần đây đã báo cáo rằng năm 2019 chứng kiến lượng khí thải carbon toàn cầu cao nhất trong kỷ lục, mặc dù cuộc khủng hoảng khí hậu do con người gây ra đang đứng đầu trong danh sách ưu tiên của nhiều người và quốc gia.
Tuy nhiên, điều đã thay đổi là cách tiếp cận vấn đề biến đổi khí hậu. Ngày nay, vấn đề này được coi là một thách thức kinh tế cũng giống như một vấn đề môi trường hoặc một mối đe dọa hiện hữu. Trên thực tế, Diễn đàn Kinh tế Thế giới đã đặt “Các bên liên quan vì một thế giới gắn kết và bền vững” làm chủ đề cho cuộc họp thường niên năm 2020 tại Davos, Thụy Sĩ.
Như vậy, chúng ta đang thấy nhiều doanh nghiệp hành động hơn để trở nên xanh hơn, đặc biệt là trong ngành công nghiệp. Ví dụ, vào năm 2019, tập đoàn kim loại Nga En + đã kêu gọi Sàn giao dịch kim loại London – thị trường kim loại công nghiệp lớn nhất thế giới – đưa ra các quy tắc công bố mới về lượng khí thải carbon dioxide (CO2). Những quy tắc này sẽ buộc các nhà sản xuất nhôm trên sàn giao dịch phải tiết lộ lượng khí thải carbon trong kim loại của họ.
Tuy nhiên, lĩnh vực công nghiệp vẫn là một trong những nguyên nhân gây ra lượng khí thải carbon lớn nhất trên toàn thế giới; đặc biệt là trong những cách mà nó sản xuất vật liệu. Theo Hiệp hội Thép Thế giới , ngành công nghiệp thép tạo ra tới 9% lượng khí thải trực tiếp từ nhiên liệu hóa thạch.
Tuy nhiên, các nhà sản xuất có thể giảm lượng khí thải carbon trong quá trình hoạt động và tác động đến môi trường của sản phẩm trong toàn bộ vòng đời của chúng. Điều này có thể đạt được thông qua sự kết hợp giữa các cân nhắc về thiết kế, kỹ thuật sản xuất mới và chiến lược tìm nguồn cung ứng vật liệu. Dưới đây là năm cách các nhà sản xuất có thể giảm thiểu lượng khí thải carbon của họ.
1. Kỹ thuật thiết kế sinh thái
Các nhà sản xuất có thể giảm lượng khí thải CO2 bằng cách xem xét và tích cực giảm thiểu tác động môi trường của một sản phẩm trong toàn bộ vòng đời của sản phẩm, từ khai thác và cung cấp nguyên liệu cho đến cuối vòng đời của sản phẩm. Đây thường được gọi là ‘thiết kế sinh thái’, nhưng nhiều nhà sản xuất và kỹ sư có thể biết nó là tiêu chuẩn ISO / TR 14062 về quản lý môi trường trong thiết kế sản phẩm.
Các kỹ sư thiết kế có thể tuân theo nguyên tắc thiết kế sinh thái bằng cách xem xét các yếu tố như lượng năng lượng và vật liệu tiêu thụ trong quá trình sản xuất, hoặc cách sản phẩm và các sản phẩm phụ trong quá trình sản xuất có thể tác động đến đa dạng sinh học. Sau đó, các kỹ sư và nhà sản xuất có thể điều tra các quy trình, hệ thống hoặc vật liệu thay thế để giảm thiểu tác động.
Ngay cả đối với các nhà sản xuất trong ngành vật liệu, những cân nhắc này có thể dẫn đến những thay đổi đáng kể trong các quy trình và ngành công nghiệp trước đây sử dụng nhiều carbon. Một ví dụ điển hình ở đây là nhà cung cấp nhôm Rusal.
Trung bình, khoảng 11,5 tấn CO2 trên một tấn nhôm được tạo ra do các quá trình như nấu chảy. Tuy nhiên, Rusal công khai đặt mục tiêu đạt được nhôm không carbon vào năm 2021, dẫn đến việc công ty phát triển dòng sản phẩm ALLOW của hợp kim nhôm carbon thấp.
Mỗi vật liệu này đều có lượng khí thải carbon thường dưới 4 tấn / tấn nhôm, một phần là do thủy điện được sử dụng để cung cấp năng lượng cho một số quy trình nhất định. Điều này làm cho ALLOW trở thành một trong những sản phẩm nhôm carbon thấp nhất hiện có.
Điều này không chỉ cho thấy tác động của việc xem xét các yếu tố môi trường khi lập kế hoạch thiết kế hoặc sản xuất sản phẩm, nó còn cho thấy tác động có thể được thực hiện bởi các vật liệu thay thế. Một nhà sản xuất tìm nguồn cung ứng hợp kim nhôm từ Rusal, thay vì từ các nhà cung cấp tiêu chuẩn, có khả năng làm giảm lượng khí carbon trong các sản phẩm của mình xuống khoảng bảy tấn CO2 trên mỗi tấn nhôm.
2. Thay thế vật chất
Cũng giống như việc chuyển sang một phiên bản carbon thấp hơn của cùng một chất liệu có thể làm giảm dấu vết carbon, thì việc tìm kiếm vật liệu thay thế cho các thiết kế thông thường cũng vậy. Một ví dụ là sự gia tăng của bàn chải đánh răng bằng tre để thay thế cho chất dẻo. Sự thay đổi thiết kế này giúp sản phẩm có thể phân hủy sinh học và bù đắp lượng khí thải CO2 do khả năng hấp thụ carbon của nguyên liệu thô.
Tuy nhiên, bất kỳ kỹ sư thiết kế nào cũng biết rằng việc chọn một vật liệu khác cho một sản phẩm và sử dụng vật liệu đó không đơn giản như vậy. Chìa khóa để thay thế vật liệu thành công là chọn một vật liệu mới có các đặc tính tương tự như vật liệu ban đầu; cho dù điều đó áp dụng cho các đặc tính cơ học như độ bền kéo, hoặc các đặc tính hóa học và nhiệt học.
Trong lịch sử, đây là thách thức quan trọng đối với các kỹ sư thiết kế. Tuy nhiên, sự gia tăng của cơ sở dữ liệu vật liệu trực tuyến như Matmatch làm cho việc so sánh vật liệu như vậy trở thành một quá trình hợp lý hơn nhiều.
Đây là điều may mắn cho nhiều ngành công nghiệp, chẳng hạn như bao bì, nơi mà các vấn đề môi trường đã thúc đẩy nhu cầu thay đổi nguyên liệu. Những lo ngại về ô nhiễm nhựa đã khiến nhiều người tiêu dùng yêu cầu nhiều lựa chọn thay thế thân thiện với môi trường hơn. Điều này đã thúc đẩy sự gia tăng các chất tạo màng sinh học và polyme phân hủy sinh học, được thiết kế để thay thế chất dẻo truyền thống từ dầu mỏ – được sử dụng trong bao bì cho các sản phẩm như chai nước giải khát và đồ ăn sẵn.
Việc thay thế vật liệu không chỉ đơn thuần là việc hoán đổi vật liệu đầu vào giống như để thay thế. Trong một bài báo được xuất bản vào năm 2017 , Ủy ban Điều hành Công nghệ của Liên hợp quốc (TEC) đã phác thảo một số khả năng thay thế vật liệu cho các nhà sản xuất để cải thiện hiệu quả sinh thái của vật liệu. Những khả năng này bao gồm việc thay thế nguyên liệu đầu vào, thiết kế với ít nguyên liệu đầu vào hơn và kiểu dáng nhẹ.
Ý tưởng thứ hai có thể so sánh với khái niệm trọng lượng nhẹ trong ngành công nghiệp ô tô, nơi các thiết kế nhẹ hơn được ưu tiên để cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu của xe. Nói chung, cần ít năng lượng hơn để sản xuất vật liệu nhẹ hơn và do đó, điều này làm giảm lượng khí thải carbon trong quá trình sản xuất.
Tuy nhiên, đôi khi có quan điểm cho rằng các vật liệu nhẹ hơn kém đặc hơn là thiếu các đặc tính cơ học cần thiết để làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng nhất định. Điều này là không đúng sự thật. Một lĩnh vực đang được nghiên cứu là vật liệu nhẹ có cấu trúc tăng cường độ bền cơ học của chúng. Ví dụ, Đại học Exeter của Vương quốc Anh đang nghiên cứu việc sử dụng cấu trúc tổ ong trong vật liệu nhẹ , chủ yếu cho các ứng dụng hàng không vũ trụ.
Các kỹ sư thiết kế và nhà sản xuất cũng phải xem xét sự phong phú của các vật liệu thay thế. Như TEC nhận xét trong bài báo của mình, “Tiềm năng thay thế… phụ thuộc vào các đặc tính của vật liệu và sự sẵn có của đủ lượng vật liệu thay thế. Ví dụ, hơn 200 kg thép và 380 kg xi măng được sản xuất mỗi năm trên toàn thế giới trên đầu người. Hiện không có vật liệu nào khác có thể thay thế chúng với số lượng như vậy (IPCC 2014). ”
3. Kế hoạch tái sản xuất
Với các vật liệu như thép, nơi mà sự dồi dào là mối quan tâm, các nhà sản xuất có thể giảm lượng khí thải carbon trong dây chuyền sản xuất bằng cách tái sản xuất. Điều này liên quan đến việc cải tạo các vật liệu lâu bền đã qua sử dụng, chẳng hạn như thép và các sản phẩm có thể được tái sử dụng trong các quy trình sản xuất trong tương lai. Thực tế này tương đối phổ biến trong ngành công nghiệp ô tô, nơi các bộ phận như động cơ, hệ thống lái và hộp số thường được tái sản xuất.
Trên thực tế, một trong những ví dụ sớm nhất về tái sản xuất đến từ lĩnh vực ô tô. Sau cuộc Đại suy thoái, Henry Ford đã đối phó với sự chững lại của doanh số bán xe hơi mới bằng cách tái sản xuất động cơ xe hơi vào những năm 1930. Điều này là do tính bền vững là một phần thưởng; lợi ích chính là tiết kiệm chi phí và thời gian cho các nhà sản xuất cũng như khách hàng.
Ngày nay, các sáng kiến tái sản xuất tương tự được thực hiện bởi một số nhà sản xuất công nghiệp. Ví dụ, SKF Bearings , một trong những nhà sản xuất vòng bi công nghiệp lớn nhất thế giới, cung cấp dịch vụ tái sản xuất vòng bi để kéo dài tuổi thọ cho các sản phẩm của mình. Điều này làm giảm nhu cầu sản xuất vòng bi mới cho các hệ thống hiện có.
Như một ví dụ về cách điều này có thể tiết kiệm nhu cầu xử lý vật liệu mới, GKN Automotive tuyên bố rằng dịch vụ tái sản xuất trục truyền động của họ cho phép công ty “tiết kiệm ít nhất 1.600 tấn thép mỗi năm bằng cách tái sử dụng 80% thép từ lõi đã thu thập. ”
Nếu chúng ta xem xét điều này cùng với 1,85 tấn CO2 được tạo ra trên mỗi tấn thép , theo báo cáo của Hiệp hội Thép Thế giới, thì đó là ít nhất 2960 tấn khí thải CO2 tránh được do quá trình tái sản xuất.
4. Sản xuất phụ gia
Tái sản xuất chỉ là một kỹ thuật sản xuất thay thế có thể làm giảm dấu chân carbon. Một lĩnh vực khác là sản xuất phụ gia (AM), đã trở nên phổ biến trong những năm gần đây – và thật dễ hiểu tại sao. AM lãng phí ít sản phẩm hơn, sử dụng ít năng lượng hơn và rất linh hoạt.
Các kỹ thuật sản xuất truyền thống, chẳng hạn như đúc và tạo hình, là các quy trình trừ, theo đó các sản phẩm được tạo ra từ các khối vật liệu lớn hơn. Điều này có nghĩa là chất thải vốn có trong quá trình này và không phải tất cả các vật liệu thừa này đều có thể được tái chế hoặc tái sử dụng. AM chỉ đơn giản là sử dụng số lượng vật liệu được yêu cầu và không cần nhiều hơn nữa, điều này giúp giảm thiểu chất thải và cường độ carbon của các thiết kế.
Nếu các kỹ sư thiết kế có bất kỳ sự dè dặt nào xung quanh AM, thì có nghĩa là kỹ thuật đã bị hạn chế trong các loại vật liệu sẵn có. Điều này là do AM yêu cầu vật liệu ở các dạng cụ thể, chẳng hạn như bột. May mắn thay, tại Matmatch, chúng tôi đã chứng kiến sự bùng nổ về các loại vật liệu cho AM , với nhiều hợp kim kim loại, thép, nhựa và chất tạo màng sinh học hiện đã có sẵn.
Với kỹ thuật này, các kỹ sư thiết kế cũng có thể thử nghiệm các loại cấu trúc và thiết kế mới mà trước đây là không thể, hoặc không thực tế, với chế tạo trừ. Ví dụ: thiết kế dạng lưới có thể được sử dụng để tăng cường các khía cạnh nhất định của thiết kế sản phẩm, đồng thời sử dụng ít vật liệu hơn và cũng nhẹ hơn. Điều này gắn với đề xuất đã nói ở trên của TEC về việc thay thế vật liệu như một cách để thiết kế với ít nguyên liệu đầu vào hơn.
5. Giảm tổn thất năng suất
Khả năng giảm dư thừa vật liệu và chất thải của AM tương tự như cách tiếp cận cuối cùng mà các nhà sản xuất có thể thực hiện để giảm lượng khí thải CO2, đó là giảm tổn thất năng suất. Một giám đốc nhà máy sản xuất quen thuộc với khái niệm về hiệu quả tổng thể của thiết bị (OEE) có thể sẽ biết về sáu tổn thất lớn: hỏng hóc thiết bị, dừng theo kế hoạch, chạy không tải, giảm tốc độ, lỗi sản xuất và giảm năng suất.
Mỗi tổn thất này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất và năng suất mà còn ảnh hưởng đến lượng năng lượng được sử dụng và lượng khí thải carbon, theo đó. Có nhiều lựa chọn cho các nhà sản xuất để giải quyết những tổn thất này, từ việc thực hiện các chiến lược bảo trì theo hướng dữ liệu đến việc đưa tự động hóa vào dây chuyền sản xuất. Tuy nhiên, những điều này thường đòi hỏi đầu tư vào công nghệ hoặc hệ thống.
Ngược lại, nhu cầu đầu tư ít hơn do cách xử lý các lỗi sản xuất và phế phẩm. Đó là theo một bài báo nghiên cứu năm 2018 của Rong Li thuộc Đại học Syracuse ở New York, Hoa Kỳ, đã khám phá chủ đề chính xác này. Theo Li, “một nhà sản xuất có thể chọn (1) loại bỏ tất cả các sản phẩm không hoàn hảo (NQPP) với chi phí thấp và chỉ bán các sản phẩm cao cấp, hoặc (2) bán một số hoặc tất cả NQPP với giá trị ‐ có ý thức thấp‐ thị trường cuối cùng và cung cấp cả sản phẩm cao cấp và sản phẩm cấp thấp ”.
Li kết luận rằng việc bán các NQPP này cho các thị trường cấp thấp có thể mang lại lợi nhuận tối đa cho các nhà sản xuất, nói rằng “mức tăng có thể lên đến 33% hoặc thậm chí cao hơn nếu nhà sản xuất chuyển sang chiến lược loại bỏ”. Tuy nhiên, điều này không tính đến các quy định về môi trường quản lý lượng khí thải CO2 và tác động của những chi phí này như thế nào.
Ví dụ, Hệ thống giao dịch khí thải của EU (ETS) ấn định chi phí và tín dụng cho sản lượng carbon của các doanh nghiệp châu Âu. Chi phí carbon của việc loại bỏ và sản xuất các sản phẩm mới có thể thay đổi phương trình cho các nhà sản xuất. Thay vì loại bỏ hoặc bán NQPP, tại Matmatch, chúng tôi đề xuất lựa chọn thứ ba: tái sản xuất và tái sử dụng NQPP.
Nguồn: industrytoday.com