تولید شیمیایی پایدار: نوآوری‌های صرفه‌جویی در انرژی برای آینده‌ای سبزتر

بحران انرژی جهانی و تأثیر آن بر تولید شیمیایی

افزایش هزینه‌های انرژی و تغییرات ژئوپلیتیک

در سال‌های اخیر، قیمت انرژی به شدت افزایش یافته و به ویژه برای شرکت‌های تولیدکننده مواد شیمیایی در سراسر جهان ایجاد مشکل کرده است. بر اساس گزارش آژانس بین‌المللی انرژی، قیمت سوخت‌های فسیلی تقریباً به دو برابر سال 2010 رسیده است. این امر به دلیل اینکه تقاضا برای انرژی بیشتر از همیشه است در حالی که عرضه نمی‌تواند با آن همراهی کند، رخ داده است. اگر این موضوع را با عوامل ژئوپلیتیکی ترکیب کنیم، وضعیت بدتر می‌شود. به عنوان مثال می‌توان به تهاجم روسیه به اوکراین اشاره کرد. این درگیری به شدت تأمین‌های انرژی در سراسر جهان را تحت تأثیر قرار داد و کشورهای اروپایی و دیگران را مجبور کرد تا دوباره به وابستگی خود به منابع انرژی خاص و معاملات تجاری معنادار فکر کنند.

تغییرات جغرافیایی-سیاسی در حال حاضر بخش شیمیایی را تحت تأثیر قرار داده است، به‌ویژه اینکه انرژی بخش بزرگی از هزینه‌های تولید شرکت‌ها را تشکیل می‌دهد. با افزایش قیمت‌ها، تولیدکنندگان مواد شیمیایی مجبورند روش قیمت‌گذاری محصولات خود را تعدیل کنند، که به‌صورت طبیعی سود را کاهش داده و رقابت در بازار را دشوارتر می‌کند. برای مقابله با این هزینه‌های رو به رشد، بسیاری از شرکت‌ها به دنبال راهکارهای مختلفی هستند. برخی در تکنولوژی‌های بهتر و کارآمدتر سرمایه‌گذاری می‌کنند، در حالی که برخی دیگر به منابع انرژی تجدیدپذیر مانند پنل‌های خورشیدی و توربین‌های بادی روی می‌آورند. این اقدامات البته هزینه‌های عملیاتی را کاهش می‌دهند، اما مزیت دیگری نیز دارند: اینکه شرکت‌ها دیگر به بازارهای نفت و گاز که دارای نوسانات زیادی هستند، وابسته نباشند. این موضوع به مدیران کمک می‌کند تا حتی در شرایط نامشخص خارجی، کمی فضا و انعطاف بیشتری در برنامه‌ریزی بودجه آینده داشته باشند.

مدیریت اmissão CO2 در تولید شیمیایی

مدیریت انتشارات CO2 امروزه برای افراد در کسب‌وکار تولید شیمیایی اهمیت زیادی پیدا کرده است. نگرانی‌های مربوط به تغییرات اقلیمی به سرعت در حال افزایش هستند و مقررات هر سال سفت‌تر می‌شوند. صنعت تولید شیمیایی هم سهم قابل توجهی در انتشارات کلی کربن دارد. بررسی اعداد و ارقام از گزارش IEA در سال 2018 وضعیت را به خوبی نشان می‌دهد - حدود 12% از کل انتشارات جهانی تنها از این صنعت نشأت می‌گیرد. با چنین اعداد بزرگی در میانه، شرکت‌های شیمیایی باید شروع به فکر کردن به روش‌های نوآورانه برای کاهش ردپای کربن خود از طریق روش‌های بهتر و فناوری‌های جدید کنند.

بازاریان بزرگ صنعت در زمینه جذب و ذخیره‌سازی CO2 با استفاده از فناوری‌های پیشرفته نسبتاً جدی شده‌اند، که این امر به کاهش قابل توجه پیگرد کربنی آن‌ها کمک کرده است. به عنوان مثال BASF و Dow Chemical موفق شده‌اند سیستم‌های جذب کربن را در تأسیسات فعلی خود ادغام کنند، کاری که اینک به یک استاندارد طلایی برای آنچه شرکت‌های دیگر ممکن است در آینده به دنبال آن باشند، تبدیل شده است. فراتر از تنها رعایت مقررات، این نوع حرکت‌ها در واقع منجر به صرفه‌جویی در هزینه‌ها نیز می‌شوند. وقتی شرکت‌ها از انتشار آلاینده‌ها کم می‌کنند، اغلب مالیات‌های مربوط به آلودگی کمتری پرداخت می‌کنند و علاوه بر این، دید عمومی نسبت به آن‌ها در بازار بهتر می‌شود. گروه‌های محیط زیستی مانند موسسه منابع جهانی به این مزیت دوگانه اشاره کرده‌اند که با حفظ سبک سبز، هزینه‌ها نیز تحت کنترل نگه داشته می‌شوند.

منافع بلندمدت مدیریت اmissão CO2 فراتر از رعایت قوانین می‌رود و روابط بهتری با مصرف‌کنندگان آگاه به محیط زیست ایجاد می‌کند و چشم‌اندازهای جدیدی برای همکاری‌های تجاری باز می‌کند. مدیریت مسئول اmissions به اعتبارات پایداری شرکت کمک می‌کند، شهرت آن را افزایش می‌دهد و موقعیت بازاری آن را در یک منظره رقابتی که توسط مبادی آبی‌محورانه رهبری می‌شود، بهبود می‌بخشد.

نوآوری‌های صرفه‌جویی در انرژی مسیری شده توسط هوش مصنوعی در فرآیندهای شیمیایی

تحلیل پیش‌بینی‌ای برای بهینه‌سازی فرآیند

داده‌های بزرگ در کنار یادگیری ماشینی در حال تغییر نحوه کار فرآیندهای شیمیایی هستند و این فناوری در واقع به میزان قابل توجهی به کاهش مصرف انرژی کمک می‌کند. وقتی شرکت‌ها داده‌های گذشته را در کنار اطلاعات فعلی بررسی می‌کنند، این مدل‌های پیش‌بینی‌کننده قادر به شناسایی مشکلات قبل از وقوع و تشخیص نقاطی هستند که فرآیندها به خوبی پیش نمی‌روند. به عنوان مثال، BASF شروع به استفاده از این ابزارهای پیش‌بینی‌کننده برای تنظیم واکنش‌های شیمیایی خود کرده است که این امر منجر به صرفه‌جویی واقعی در هزینه‌های انرژی و بهبود کلی در عملیات روزانه شده است. بر اساس برخی تحقیقات بازار، شرکت‌هایی که در این نوع تحلیل‌ها سرمایه‌گذاری می‌کنند، بازدهی حدود ۲۰ درصد یا بیشتر را تجربه می‌کنند که در مقایسه با رویکردهای قدیمی بسیار بهتر است. تمام این موارد نشان می‌دهند که این فناوری‌ها تنها امکان‌پذیر نیستند، بلکه برای تولیدکنندگان شیمیایی که می‌خواهند به اهداف سخت‌گیرانه پایداری دست یابند و در عین حال هزینه‌ها را کنترل کنند، ضروری شده‌اند.

کاهش گرما و ضایعات مادی

کاهش اتلاف گرما و ضایعات مواد در تلاش برای ایجاد فرآیندهای شیمیایی پایدارتر، اهمیت زیادی دارد. سیستم‌های بازیابی گرما در این زمینه کارهای شگفت‌انگیزی انجام می‌دهند، گرمای اضافی که معمولاً بدون استفاده از دست می‌رفت را جمع‌آوری کرده و دوباره به سیستم بازمی‌گردانند. به عنوان مثال شرکت اکسون موبیل، در حال اجرای برخی از فناوری‌های پیشرفته بازیابی گرما در عملیات پالایشگاهی خود است. این رویکرد نه تنها باعث صرفه‌جویی در هزینه‌ها می‌شود، بلکه به معنای کاهش آلاینده‌های بیشتر در محیط زیست نیز هست. وقتی شرکت‌ها واقعاً این گونه سیستم‌ها را اجرا می‌کنند، اغلب شاهد افزایش چشمگیری در بهره‌وری تولید هستند. برخی از مثال‌های واقعی نشان می‌دهند که پس از نصب، ضایعات مواد تا حدود 30 درصد کاهش یافته است. به نظر می‌رسد این گونه بهبودها در آینده، پیروزی‌های بزرگی هم برای اهداف پایداری و هم برای مسائل مالی در بخش تولید شیمیایی خواهند بود.

تولید پلیمر و پلیپروپیلن بهینه‌سازی‌شده با هوش مصنوعی

هوش مصنوعی نحوه تولید پلیمرها را به خصوص مواد پلی‌پروپیلنی تغییر داده است، به گونه‌ای که فرآیندهای کارخانه هوشمندتر شده‌اند و به همین دلیل بهتر کار می‌کنند و مصرف انرژی کمتری دارند. برنامه‌های کامپیوتری هوشمند به صورت واقعی در زمان مورد نیاز، تنظیمات لازم را در فرآیند تولید انجام می‌دهند، که به معنای تولید محصولاتی با کیفیت یکنواخت و کاهش ضایعات موادی است که در پایان وارد زباله‌دان می‌شوند. به عنوان مثال، شرکت داو شیمیکال (Dow Chemical) از این سیستم‌های مبتنی بر هوش مصنوعی استفاده می‌کند و کیفیت پلیمرهایش به میزان قابل توجهی افزایش یافته است، در حالی که مصرف برق آن کاهش یافته است. برخی از کارخانه‌ها گزارش داده‌اند که با سپردن مدیریت واکنش‌های پیچیده پلیمری به کامپیوترها، هزینه‌های انرژی خود را تا حدود 15٪ کاهش داده‌اند. این موضوع اهمیت دارد چون معمولاً کارخانه‌های شیمیایی مصرف بسیار زیادی از انرژی دارند. آنچه اینجا اتفاق افتاده فقط صرفه‌جویی در هزینه‌ها نیست، بلکه استانداردهایی برای آینده تولید سبز در سراسر بخش شیمیایی تعیین شده است.

شیمی سبز: مواد اولیه پایدار و سیستم‌های چرخه‌ای

اتیلن گلیکول مبتنی بر بیو و جایگزین‌های پلی استر

افراد به دنبال گزینه‌های سبزتری نسبت به مواد شیمیایی معمولی هستند و اتیلن گلیکول مبتنی بر بیو و پلی‌استر به عنوان گزینه‌های واقعی برجسته شده‌اند. هنگامی که ما این مواد مبتنی بر نفت را با این جایگزین‌های گیاهی عوض می‌کنیم، محیط زیست به میزان قابل توجهی بهره‌مند می‌شود، به ویژه از نظر کاهش گازهای گلخانه‌ای. به عنوان مثال، پلی‌استر بیو در برابر چیزهایی که دوباره رشد می‌کنند ساخته می‌شود، بنابراین رد پای کربنی آن بسیار کوچک‌تر از فرآیندهای تولید معمولی پلی‌استر است. تحقیقات بازار نشان می‌دهد که این تغییر به سمت مواد شیمیایی مبتنی بر بیو فقط در حال حاضر رخ نمی‌دهد، بلکه به نظر می‌رسد در آینده نیز روند رشد خود را حفظ کند. مصرف‌کنندگان امروزه به نظر می‌رسد بیشتر در مورد اینکه محصولاتشان از کجا سرچشمه می‌گیرند دغدغه دارند، همچنین دولت‌ها با فشار بیشتری که از طریق مقررات و تشویق‌های مختلف بر شرکت‌ها برای سبز شدن وارد می‌کنند، نقش مهمی در این تغییر ایفا می‌کنند.

بررسی ارزیابی چرخه عمر کامل نشان می‌دهد که با استفاده از مواد زیستی، کاهش قابل توجهی در میزان کربن ایجاد می‌شود. گلیکول اتیلنی زیستی را می‌توان به عنوان یک مورد مطالعاتی که اخیراً مورد بررسی قرار گرفته است، نام برد. مطالعات نشان می‌دهند که این جایگزین‌ها در طول چرخه عمر خود، انتشار کربن را به میزان تقریبی 60 درصد نسبت به گلیکول اتیلنی حاصل از پالایشگاه‌های نفت کاهش می‌دهند. این ارقام واقعاً اهمیت انتقال به مواد اولیه سبزتر را برجسته می‌کنند. صرفه‌جویی در میزان کربن تنها مفید برای سیاره نیست، بلکه به کسب‌وکارها نیز کمک می‌کند تا در بلندمدت هزینه صرفه‌جویی کنند و در عین حال الزامات مقرراتی را نیز رعایت کنند. هم تولیدکنندگان و هم کاربران نهایی از این انتقال سود می‌برند و این موضوع باعث می‌شود پایداری تنها یک انتخاب اخلاقی نباشد، بلکه اغلب به گزینه‌ای اقتصادی و منطقی در دسترس تبدیل شود.

سیستم‌های حلقه بسته برای استفاده از فورمالدهید

در دنیای تولید شیمیایی، سیستم‌های حلقه بسته امروزه یکی از بهترین راه‌ها برای افزایش پایداری تولید محسوب می‌شوند، به‌ویژه از نظر دفع پسماند فرمالدئید. اساس کار این سیستم‌ها این است که فرمالدئیدی را که در غیر این‌صورت دور ریخته می‌شد، جمع‌آوری و دوباره مورد استفاده قرار می‌دهند، که این امر هم هزینه‌های دفع را کاهش می‌دهد و هم باعث اجرای روان‌تر فرآیند تولید می‌شود. برای شرکت‌هایی که با فرمالدئید کار می‌کنند، راه‌اندازی این نوع سیستم به معنای کاهش پسماندی است که به محل دفن زباله می‌رود و افزایش مقدار ماده‌ای است که دوباره به جریان تولید بازگردانده می‌شود. بسیاری از واحدهای تولیدی گزارش داده‌اند که پس از انتقال به عملیات حلقه بسته در مدیریت فرمالدئید، هم مزایای زیست‌محیطی و هم صرفه‌جویی واقعی در هزینه‌ها را تجربه کرده‌اند.

در سال‌های اخیر، بسیاری از کسب‌وکارها در بخش‌های مختلف شروع به اجرای سیستم‌های حلقه بسته کرده‌اند که این امر منجر به کاهش قابل توجهی در زباله‌ها و صرفه‌جویی واقعی در هزینه‌های عملیاتی شده است. برخی از تولیدکنندگان واقعاً شاهد کاهش ۳۰ درصدی اتلاف مواد خام پس از انتقال به این رویکردهای دایره‌وار بوده‌اند. چنین کاهشی تأثیر بزرگی بر سود خالص شرکت‌ها دارد و در عین حال به حفاظت از سیاره ما نیز کمک می‌کند. از نظر قانونی، رویکرد سبز از طریق سیستم‌های حلقه بسته به شرکت‌ها کمک می‌کند تا در برابر قوانین محیط زیستی سفت‌گیرانه‌تری که در حال تشدید است، پیش‌بینی بیاورند. کارخانه‌های شیمیایی به ویژه از این سیستم‌ها سود می‌برند، چرا که این صنایع تحت نظارت شدیدی از نظر انتشارات و روش‌های دفع پسماند قرار دارند. اما فراتر از صرفه‌جویی در هزینه‌ها، این سیستم‌ها به‌خوبی در راستای استراتژی‌های پایداری شرکتی قرار می‌گیرند که بیشتر سازمان‌های پیشرو امروزه آن را به عنوان بخشی از برنامه‌های بلندمدت خود در دستور کار قرار داده‌اند.

پیشرفت در فناوری‌های بازیابی شیمیایی

توسعه‌های جدید در روش‌های بازیافت شیمیایی مانند پیرولیز و دپلیمریزاسیون، نحوه برخورد ما با مواد زائد را در حال تغییر دادن است. این نوآوری‌های فناورانه، زباله‌ها را به مواد اولیه مفید تبدیل می‌کنند و به تکمیل چرخه مواد و کاهش وابستگی به منابع تازه کمک می‌کنند. به عنوان مثال، پیرولیز مواد را تا حدی گرم می‌کند که تجزیه شوند و بدون نیاز به اکسیژن، ضایعات پلاستیکی را به نفت تبدیل می‌کند، چیزی که سازندگان می‌توانند دوباره از آن استفاده کنند. سپس دپلیمریزاسیون، که به شیوه‌ای متفاوت عمل می‌کند، مولکول‌های زنجیره‌ای بلند را به اجزای تشکیل‌دهنده آنها تجزیه می‌کند. این امر امکان استفاده مجدد از این اجزا را در تولید پلیمرهای جدید فراهم می‌کند و مسیر دیگری برای بازیافت که قبلاً وجود نداشت، ایجاد می‌کند.

بررسی نحوه عملکرد این فناوری‌ها در عمل نشان می‌دهد که آن‌ها در واقع به خوبی کار می‌کنند. برخی از کسب‌وکارها که اقدام به بازیافت شیمیایی کرده‌اند، افزایش نرخ بهره‌وری را در کنار کاهش خسارات زیست‌محیطی گزارش می‌دهند. این فناوری هنوز در حال توسعه است اما از نظر اقتصادی نیز امیدوارکننده به نظر می‌رسد. شرکت‌ها با استفاده از بازیافت شیمیایی به جای روش‌های سنتی، هزینه‌های دفع پسماند و خرید مواد جدید را کاهش می‌دهند. چه چیزی باعث جذابیت این رویکرد می‌شود؟ این روش به ایجاد پروفایل‌های پایدارتری کمک می‌کند که برای مقامات دولتی که مقررات را وضع می‌کنند و همچنین مشتریانی که به شیوه‌های سبز توجه دارند مهم است. این علاقه در حال رشد می‌تواند کل بخش شیمیایی را به سمت پایداری بیشتر و ایجاد سیستم‌های حلقه بسته سوق دهد که در آن منابع دوباره استفاده شوند نه اینکه دور ریخته شوند.

مسیرهای همکاری برای پایداری سراسر صنعت

همکاری‌های دانشگاهی در تحقیقات ژل‌پلیمر انرژی‌کارآمد

همکاری با دانشگاه‌ها نقش مهمی در پیشرفت تحقیقات پلیمری با کارایی انرژی دارد. زمانی که دانشگاه‌ها با شرکت‌های صنعتی همکاری می‌کنند، اغلب نوآوری‌های واقعی حاصل می‌شود. به عنوان مثال، این پلیمرهای جدید که برای تولید آن‌ها انرژی کمتری نسبت به پلیمرهای سنتی مصرف می‌شود. محققان و تولیدکنندگان به‌طور مشترک مواد فوق‌العاده جالبی را در این زمینه توسعه داده‌اند که دوام بیشتری دارند و در عین حال به محیط زیست آسیب کمتری می‌زنند، که این امر کاملاً با دستور کار پایداری امروزی هماهنگ می‌شود. چنین همکاری‌هایی باعث می‌شود هدف کاهش مصرف انرژی در تولید پلیمرها به‌طور مداوم پیش برود. آینده چه خواهد شد؟ شاید کارهای آینده به بهبود فناوری‌های موجود یا اختراع مواد کاملاً جدید اختصاص یابد. با توجه به اعداد و ارقام، مشخص است که امروزه سرمایه‌های زیادی به سمت اقدامات سبز جریان دارد، که دلیل اهمیت حفظ ارتباطات قوی بین دانشگاه و صنعت را برای هر کسی که در این حوزه فعالیت می‌کند، روشن می‌کند.

چارچوب‌های سیاستی که اتخاذ انرژی تجدیدپذیر را تقویت می‌کند

چارچوب‌های سیاستی نقش مهمی در ترویج استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر در بخش شیمیایی ایفا می‌کنند. دولت‌های سراسر جهان از طریق ارائه معافیت‌های مالیاتی، کمک‌های بلاعوض و مقررات سختگیرانه زیست‌محیطی شرکت‌ها را به سمت روش‌های پاک‌تر تشویق می‌کنند. برای کسب‌وکارهایی که قصد پیش‌رفتن در مسیر سبز شدن را دارند، این موضوع به معنای صرفه‌جویی در هزینه‌های برق و بهبود تصویر برند در میان مشتریانی است که به پایداری اهمیت می‌دهند. شرکت‌هایی که این مقررات را دنبال می‌کنند، معمولاً از رقبا متمایزتر هستند، چرا که نه تنها نیازهای نظارتی را برآورده می‌کنند، بلکه خریدارانی را که به دنبال شریک‌های مسئولیت‌پذیر هستند را نیز جذب می‌کنند. تغییرات مداوم در این سیاست‌ها به طور مستمر نوآوری را در سراسر صنعت تحریک می‌کنند و نشان می‌دهند که تولیدکنندگان مواد شیمیایی تنها دنبال‌کننده روندها نیستند، بلکه به طور فعال در شکل‌دهی به روش‌های صنعتی پایدار امروزی نقش دارند.