zpravodajství životního prostředí již od roku 1999

Aplikovaná věda a šetření materiálem a energií

11.10.2013
Energie
Obecné
Recyklace
Aplikovaná věda a šetření materiálem a energií

Existují různé prognózy doby, po kterou světu vystačí materiálové a energetické zdroje. Podle jedněch například ropa vystačí jen několik desítek let, podle jiných to bude ještě nejméně jedno století...

Jiné studie zase poukazují na to, že dosavadní kalkulace počítají pouze se zjištěnými a dostupnými zásobami. Uvádějí, že existují ještě další zásoby, zatím nedostupné, a že je také velmi pravděpodobné objevení ještě dalšího ložiska této suroviny. V daném kontextu se však zároveň upozorňuje na to, že zpřístupnění a těžba si vyžádají nepoměrně složitější postupy a vyšší finanční náklady než současné metody. Prakticky to tedy znamená, že - aspoň v perspektivě několika desítek let - se s takovými výhledovými způsoby získávání ropy nedá počítat.

Nejde jen o ropu či zemní plyn, bez nichž si fungování průmyslu a energetiky nelze představit a jejichž těžba se blíží ke kritické hranici. Stále méně dostupnými se stávají i jiné suroviny a materiály, bez nichž moderní výrobu hlavně technicky vyspělých výrobků nelze vůbec spustit, jako jsou železná ruda, bauxit, měď, nikl, zinek, zlato, platina a tzv. vzácné zeminy. Nejde jen o to, že také zásoby těchto rud docházejí a že je nutno je těžit stále náročnějšími postupy, ale i o to, že vlastníci dolů, kde se tyto rudy vyskytují, s nimi licitují, omezují vývozní kvóty a vyhánějí jejich ceny na světovém trhu do dříve nebývalých poloh. Tím jsou samozřejmě nejvíce poškozovány ty země, které mají vyspělou průmyslovou výrobu, ale velice slabou či vůbec žádnou vlastní energetickou a materiálovou základnu, takže suroviny a energetické zdroje musejí dovážet. To jsou třeba některé evropské země, v Asii pak Japonsko.

Reakce na nedostatek

Jak mohou takovéto země na tenčící se zdroje, rostoucí ceny a licitaci s nedostatkovými surovinami a materiály reagovat? Je možno (ale i nutno) reagovat účinnějším využitím těchto nedostatkových zdrojů a zvyšováním produktivity. Toho lze dosáhnout tak, že se bude snižovat potřeba a spotřeba nedostatkových položek ve výrobě zaváděním úsporných technologií a že se bude ze stejného množství těchto materiálů a surovin vyrábět více polotovarů anebo vyrábět jejich stejné množství z menšího jejich množství.

Také je možno místo původního materiálu či suroviny použít k výrobě náhradní suroviny a materiál, podaří-li se vytvořit postup, díky němuž lze i po této substituci vyrábět stejně kvalitní anebo dokonce lepší finální produkt než z původního materiálu.

Fraunhoferova společnost

Uvádění těchto eventualit do praxe je náročné jak na techniku, tak na peníze a na čas a průmyslová odvětví, o jednotlivých podnicích ani nemluvě, by se do něho nemohla pustit bez asistence fundované vědy (a bez příslušného množství peněz na investice). Dále přikládáme některé ukázky z Německa, kde v uvedeném smyslu působí, a to v těsné součinnosti s technickými vysokými školami a řadou průmyslových podniků, desítky specializovaných ústavů Fraunhoferovy společnosti. Tyto ústavy samozřejmě ad hoc či trvale spolupracují i s jinými výzkumně-vývojovými ústavy (např. ze sítě ústavů Maxe Plancka) a s jinými badatelskými pracovišti v SRN.

Fraunhoferově společnosti, která v poslední době rozšířila síť svých poboček i do jiných zemí EU (např. do Rakouska či Portugalska), ale i do USA a Kanady, je často dávána výstižná přezdívka "Německá akademie aplikovaných věd".

Velká spotřeba energie a materiálů

Jak známo, jednou z kardinálních otázek průmyslové výroby a inovací do budoucna je spotřeba energetických zdrojů. Několik Fraunhoferových ústavů vypracovalo před dvěma lety studii "Energetická efektivnost ve výrobním prostředí", v níž autoři dospěli po provedených analýzách k závěru, že současnou spotřebu energie v německých průmyslových podnicích lze v dohledné době (cca do deseti let) redukovat o 30 %. Jiná studie, vypracovaná Fraunhoferovým ústavem systémů a inovačního výzkumu (ISI) v Karlsruhe, uvádí, že pokud by se v německých továrnách podařilo snížit spotřebu materiálů o 7 %, přineslo by to ekonomice země úsporu 48 miliard eur.

Rezervy v automobilkách

Velké možnosti v této souvislosti jsou spatřovány hlavně v rozsáhlém německém automobilovém průmyslu. Fraunhoferův ústav pro obrábění a tváření (IWU) v Saské Kamenici (Chemnitz) ve spolupráci s firmou Volkswagen inicioval ustavení "inovační aliance" InnoCaT (Green Carbody Technologies), která si klade za cíl snížit při výrobě automobilů spotřebu energie o 1/2 a spotřebu materiálů o 1/3. Rozpočet aliance je 100 milionů eur, z toho příspěvek Spolkového ministerstva výzkumu a vzdělání (BMBF) činí 15 mil. eur. Zmíněné radikální úspory se má dosáhnout lepší připraveností plechových dílů (hlavně karosérních) pro vozy, přesnějšími obráběcími a formovacími stroji a dokonalejším lakováním.

Pracovníci IWU počítají s tím, že v případě některých tvářecích operací v automobilkách se dá dosáhnout úspory používané energie dokonce až o 60 %.

Prameny bohužel neuvádějí, v jakém časovém horizontu má být uvedených materiálových a energetických úspor dosaženo - zřejmě jde o časový horizont současného desetiletí.

Rychlejší a úspornější roboty

Jednou z cest, jak omezit spotřebu energie, je optimálně používaná automatizace. Konkrétně: v současnosti se při výrobě a montáži vozů používají roboty, které pohybují svými kloubovými rameny při uchopování či opracovávání součástek v několika fázích. Byť jde v součtu o vteřiny, jedná se o relativně "zdlouhavý" proces a klouby robota si vyžadují patřičnou kontrolu a údržbu. Takovéto roboty mají být nahrazovány roboty, které budou manipulovat se součástkou naráz, v jedné fázi, jedním pohybem. Takto se dá ušetřit 35 % dosud pro roboty potřebné energie.

Lehčí konstrukce

Tendencí, jež se citelně prosazuje už dnes a která má v budoucnu zesílit, je orientace na lehké konstrukce. A to jak u aut, tak u obráběcích a veškerých jiných strojů. Zlehčením konstrukcí lze dosáhnout při provozu aut, resp. strojů úspory až 1/5 energie.

Znovu využité teplo

Šetření materiálem a energií jde ruku v ruce s potřebou a nutností využívání odpadového tepla. Fraunhoferův ústav výrobní techniky a automatizace (IPA) ve Stuttgartu vyvíjí způsoby, jak zachytávat teplo vznikající při výrobních procesech a znovu je využívat buď jako zdroj dodatečné energie pro původní výrobní proces anebo sekundárně jako zdroj ohřevu či energie pro jiné účely.

Bezodpadový postup

Uspořit materiál při výrobě lze také tím, že výrobní postup, při němž vzniká odpad, je nahrazen jiným, bezodpadovým. Jak známo, soustružení, frézování a jiné metody obrábění jsou spojeny s tvorbou kovových třísek. Ty se sice nevyvážejí na skládky a slouží jako materiál přidávaný do pecí při tavení kovů (proto místo "odpad" je výstižnější označení "druhotná surovina"), ale to už je mimo provoz a továrnu, v níž třísky vznikly. Nahradí-li se ale obrábění tvářením, žádné třísky nevznikají. Odborníci Fraunhoferových ústavů IPA (viz výše) a Ústavu výrobní technologie (IPT) navíc zjistili, že pokud je určitá součástka namísto obrábění vyrobena tvářecím postupem, vyžádá si to o třetinu menší spotřebu energie.

Úspora drahého kovu

Fraunhoferův ústav laserové techniky (ILT) v Cáchách vyvinul metodu snižující pronikavě spotřebu drahého materiálu. Jde o to, že galvanický postup je nahrazen laserovým. Zlaté kontakty na klíčích pro laptopy, mobilní telefony či automobily nejsou pokryty celé tímto kovem, nýbrž jsou navařeny laserem pouze v malých kontaktních ploškách - spotřeba zlata se tak snížila o 90 %.

Recyklace

Recyklace již použitých materiálů, tedy jejich navrácení do procesu výrobu a znovupoužití a znovuvyužití, je tendence, která nabývá na síle. Zabývá se jí vícero ústavů, ale nejkoncentrovaněji, v rámci Fraunhoferovy společnosti, organizace Group of Production, Project Group for Material Recycling a Resource Strategics IWKS v lokalitách Alzenau a Hanau. Ty kooperují s mnoha průmyslovými firmami a ve spolupráci s nimi vyvinuly řadu postupů, které do výroby vracejí užité materiály a součástky.

Například ve firmě Bosch jsou to součásti motorů, generátory, zařízení pro klimatizaci, zapalování a vstřikovací pumpy pro Dieselovy motory. V roce 2010 šlo celkem o 3,3 milion kusů (různých součástek).

Obnovitelné zdroje

Úsporné snahy se nevyhýbají ani využívání obnovitelných zdrojů. Fraunhoferovo Centrum pro chemicko-biotechnologické procesy (CBP) fungující při chemickém kombinátu v Leuně vyvinulo postup, kterým lze vyrábět plasty a chemikálie ze dřeva místo z ropy. Takto se dá využít až 90 % dřeva (převážně odpadového), které je separováno na lignin a celulózu.

Expertům ve Fraunhoferově ústavu pro výrobní procesy a balení (IVV) se zase podařilo zvýšit viskozitu biopolymerů ve vodě, a to natolik, že je možno je používat jako průmyslové mazivo. Maziva a chladiva bez minerálů vyvinutá tímto ústavem se již používají v německém hutnictví.

"Továrna budoucnosti" a humánní stránka věci

Pokud se až do této chvíle psalo o energii, materiálech, šetření atd., mohl by vzniknout dojem, že lidé stojí jakoby v pozadí, byť je jasné, že právě oni úsporné a inovativní přístupy navrhují a uvádějí do života. K tomu je proto nutno dodat, že smysl činnosti ústavů Fraunhoferovy společnosti lze vyjádřit zásadou "3 E" - Efficiency, Emissions neutrality, Ergonomy" (tj. efektivnost - emisní neutralita čili postup příznivý vůči životnímu prostředí - ergonomie jakožto zásada pohodlí člověka při práci a výrobě), která má být plně realizována v projektu "továrny budoucnosti", jímž se společnost rovněž zabývá. Tam mají být vyvinuté úsporné postupy ověřovány a praktikovány v plné míře.

Hlavním nositelem tohoto projektu, jenž bude co do využití zdrojů velice úsporný a v němž bude prostředí maximálně odpovídající potřebám lidí, je ústav IWU a továrna budoucnosti, která bývá též nazývána "výzkumná", respektive "pokusná" továrna, má začít fungovat už letos.

AUTOR: Vratislav Plichta

Zdroj: Technik

Komentáře k článku. Co si myslí ostatní?

Další články
Chystané akce
ABF
8
2. 2018
8-10.2.2018 - Veletrh, výstava
Praha
ABF
8
2. 2018
8-10.2.2018 - Veletrh, výstava
Praha
Podněty ZmapujTo
Mohlo by vás také zajímat
Naši partneři
Složky životního prostředí