Za blisko 5 procent globalnej emisji dwutlenku węgla odpowiadają cementownie. To może je drogo kosztować. Do rozwiązania obu problemów naraz może posłużyć sztuczna inteligencja

Na całym świecie, również w Polsce, prowadzone są badania, jak obniżyć szkodliwą emisję CO2 z cementowni, odpowiedzialną za globalne zmiany klimatyczne. A co za tym idzie – jak zredukować rosnące koszty za wprowadzanie tego gazu cieplarnianego do atmosfery. Zakłady produkujące cement odpowiadają za blisko 5 procent globalnej emisji dwutlenku węgla. Jest ich na świecie ok. 2,2 tysiąca, w samej tylko Polsce 14.

Na aukcji coraz drożej

Ograniczanie emisji CO2 przez przemysł wytwórczy i lotniczy to regulowany międzynarodowym prawem obowiązek, a wielkość emisji dla przedsiębiorstw, zwłaszcza z Unii Europejskiej oznacza rosnące z roku na rok koszty. Unijny system handlu uprawnieniami do emisji (EU ETS), skupiający 31 krajów, to największy na świecie rynek uprawnień do emisji dwutlenku węgla. Polega na wprowadzeniu limitu łącznych emisji niektórych gazów cieplarnianych. W ramach wyznaczonego pułapu firmy otrzymują lub kupują uprawnienia do emisji, którymi mogą handlować zgodnie ze swoimi potrzebami. Mogą też kupować ograniczone ilości międzynarodowych jednostek emisji pochodzących z projektów mających na celu ograniczenie zużycia energii na całym świecie. Aukcje uprawnień w ramach EU ETS odbywają się codziennie od końca 2012 roku i stanowią najbardziej znaczący mechanizm aukcyjny kiedykolwiek wdrożony na rzecz ochrony środowiska na całym świecie.

Ceny uprawnień za emisję CO2 do atmosfery w Europie wzrosły z 7 euro za tonę na początku 2018 roku do prawie 30 euro pod koniec ubiegłego roku w związku z faktem, że udział bezpłatnych uprawnień do emisji CO2 dla zakładów produkcyjnych w 2020 roku obniżono do 30 procent.

Dlatego szukają oszczędności gdzie indziej, inwestując w coraz nowocześniejsze rozwiązania, ale też stosując na przykład śmieci jako paliwo. Wiadomo, czym to pachnie.

Wysokie tony

Cement jest drugim najczęściej używanym w budownictwie materiałem (pierwszym jest oczywiście woda). Według Głównego Urzędu Statystycznego w Polsce w przeliczeniu na mieszkańca produkuje się go ok. 500 kg rocznie (o 200 kg więcej niż średnia unijna), w Chinach trzy razy więcej.

Niestety, produkcja cementu to nieuniknione zanieczyszczenie powietrza dwutlenkiem węgla. Węglan wapnia podczas wytwarzania klinkieru jest rozkładany na tlenek wapnia i dwutlenek węgla. Tej emisji, zwanej produkcyjną, nie da się wyeliminować, a wynosi aż 63 procent całkowitej wielkości wyrzutu.

Wytwarzanie powstałego ze spiekania surowców tzw. klinkieru cementowego odbywa się w specjalnych piecach w temperaturze od 800 do nawet 2 tysięcy stopni Celsjusza. Reakcja wymaga rozgrzania rusztów do czerwoności, a spalanie paliwa również oznacza wyrzut dwutlenku węgla obok nieuniknionej emisji produkcyjnej. Schłodzony klinkier jest następnie mielony w młynie.

Obliczono, że wyprodukowanie 1 tony cementu to łącznie emisja blisko 800 kg CO2. Tona cementu daje ok. 7 metrów sześciennych betonu, więc łatwo sobie wyobrazić, ile dwutlenku węgla zostanie wprowadzone do atmosfery, gdy buduje się nowy dom, gdzie oprócz betonu do fundamentów, stropów i wylewek używa się murarskiej zaprawy i materiałów budowlanych, które zawierają cement.

Nad obniżaniem części emisji z cementowni pracują badacze, innowatorzy i ekonomiści. Na przykład w USA instalowane są instalacje, nazwane SkyMine, warte 40 milionów dolarów, które wychwytują setki tysięcy ton dwutlenku węgla i przetwarzają go na takie chemikalia jak soda oczyszczona, wybielacze czy kwas solny.

Strumienie z pieca

Badacze z firmy doradczej McKinsey pokazali z kolei, jak ją ograniczyć za pomocą sztucznej inteligencji. Wykorzystali do tego tysiące strumieni istniejących danych pochodzących z pieca i młyna cementowego gdzieś w Ameryce Północnej. Stworzyli model cyberfizyczny, który był w stanie przewidzieć i zoptymalizować zachowanie systemu oraz obliczyć prawidłowe wartości dla jak najwydajniejszej (najuboższej w emisję CO2) produkcji. Osiągnięto to poprzez połączenie uczenia maszynowego, sieci neuronowych i algorytmów uczenia głębokiego w złożonym modelu. Tzw. optymalizator czasu rzeczywistego SI (RTO) dostosowywał się do zmieniających się wzorców, aby stale poprawiać wyniki.

Człowieku, nie wtrącaj się

Największy wpływ na efekty miała pełna automatyzacja decyzji – praca w trybie autonomicznym bez interwencji człowieka. RTO może również działać jako system doradczy dla operatora, który ręcznie obsługuje korekty zadanych wartości.

„Nasze badania pokazują, że zastosowanie sztucznej inteligencji w produkcji ciężkiej jest bardzo obiecujące. W rzeczywistości zastosowanie SI w jednym zakładzie w trybie autonomicznym doprowadziło do zwiększenia wydajności energetycznej nawet o 10 procent. W rezultacie wzrosły zyski z dodatkowych przychodów i zmniejszenia zużycia energii, a także zmniejszenia emisji CO2” – pisze Robert Feldmann z McKinsey w artykule podsumowującym badania.

Czego zatem trzeba, by propozycja znalazła zastosowanie? Analitycy wskazują, że brakuje w zakładach produkujących cement inżynierów procesów, którzy potrafiliby korzystać z nowych narzędzi do zarządzania danymi. Niezbędne jest też wsparcie naukowców (data scientists) oraz specjalistów od wprowadzania zmian w procesach produkcji.

Skip to content