Průmysl mění barvu: z digitální na zelenou

Foto: Bigstock

V současném světě je jedním z hlavních celospolečenských témat udržitelnost, která pomalu, ale jistě vytlačuje ze scény digitalizaci a Průmysl 4.0, jež se již stávají samozřejmostí a díky tomu se o nich pomalu přestává mluvit. Naopak tzv. zelené technologie se čím dál tím více dostávají do popředí odborného i mediálního zájmu. Rozhodně se ale tentokrát nejedná o žádnou čistě marketingovou strategii. Dosažené reálné výsledky hovoří za vše.

Během posledních let, kdy se nemohly kvůli pandemii covidu konat žádné velké akce, se mnohé změnilo. Většina zemí během této doby přijala řadu opatření za účelem přiblížení se stavu „uhlíkové neutrality“ a nulových emisí skleníkových plynů. Exemplárním příkladem je letošní japonský průmyslový veletrh JIMTOF 2022, který se konal tento měsíc v Tokiu a je již 60 let jednou z nejvýznamnějších světových scén, na nichž se předvádějí technologické premiéry, ale také celospolečenské trendy, které často dorazí do Evropy až s jistým zpožděním.

Japonsko uhlíkově neutrální do roku 2050

V říjnu 2020 ohlásil japonský premiér Jošihide Suga plán Japonska dosáhnout uhlíkové neutrality do roku 2050 a s ním související cíl snížit emise uhlíkových plynů do roku 2030 o 46 % oproti referenčnímu roku 2013. A v Japonsku berou tento závazek opravdu vážně.

Nový vytyčený cíl snížení uhlíkových emisí o 46 % je dokonce výrazně vyšší než původních proklamovaných 26 %, což znamená, že musí začít okamžitě jednat také japonský průmysl. A to se také děje. Na veletrhu JIMTOF 2022 byla vidět spousta konkrétních řešení, která přispívají ke splnění tohoto závazku. A jak už to tak v Japonsku, na rozdíl od Evropy a USA, bývá, všechna s minimem reklamy, velmi střízlivou propagací a zcela bez nabubřelých doprovodných marketingových aktivit.

Pomáhají obnovitelné zdroje a pomohl i covid

Podle vyjádření tamního ministerstva životního prostředí poklesly v Japonsku ve fiskálním roce 2020 emise skleníkových plynů na 1,15 miliardy tun CO₂, tedy o 5,1 % oproti předchozímu roku. Důvodem byl nepochybně hospodářský útlum způsobený pandemií covidu-19. Covid ale nebyl jediným důvodem. Díky intenzivnímu využívání obnovitelných zdrojů energie byl tento rok také třetím v řadě let s nejnižšími uhlíkovými emisemi od roku 1990.

Ještě výraznější pokles než průměr zaznamenaly emise CO₂ produkované průmyslem, včetně výrobních závodů využívajících obráběcí stroje. V roce 2020 šlo o meziroční pokles o 8,1 %. Zajímavější ale je, že se japonskému průmyslu daří snižovat tyto emise nepřetržitě již od roku 2014. S celkovým podílem 34 % na celkové produkci skleníkových plynů se jedná o klíčového hráče, který bude mít rozhodující podíl na dosažení anebo nedosažení vytyčeného cíle. Pro srovnání, doprava se v Japonsku podílí na produkci emisí 17,7 % a například domácnosti 15,9 %.

Šetření energií v průmyslu není ničím novým

Dávno před tím, než se svět rozhodl pro přechod na uhlíkovou neutralitu, strojírenství již přijímalo opatření k úsporám energie, ke zlepšení provozní výkonnosti, snížení počtu procesních kroků, zkrácením prostojů apod. To, co se dnes prezentuje, je tedy výsledkem mnohaleté systematické práce celého odvětví, který ovšem dnes získává mnohem větší význam, než bychom možná byli předpokládali ještě před pár lety.

Průmysl obráběcích strojů je vlajkovou lodí udávající směr technologického vývoje. Kromě nových typů energeticky úsporných pohonů, hydraulických systémů a vysoce efektivních řídicích systémů a dalších je významným trendem posledních let příklon k tzv. multifunkčním strojům, které umožňují provádět na jednom stroji více různých operací. Různých kombinací je na trhu již mnoho. Od klasických soustružnicko-frézovacích přes kombinace třískového obrábění s broušením a svařováním až po spojení s aditivní výrobou.

Elektromobilita vyžaduje jiné výrobní postupy

K tématu trvalé udržitelnosti nedílně patří rozvoj elektromobility. Výrobu klasických spalovacích motorů a převodů brzy zcela anebo z velké části nahradí výroba elektromobilů a bateriových krytů. Vzhledem k váze baterií bude nutné dále pracovat na ušetření hmotnosti jinde, tzn. na náhradě ocelových komponent díly vyráběnými z nových, lehčích materiálů, například z hliníku anebo dokonce z plastů vyztužených uhlíkovými vlákny.

Na své si přijdou také konstruktéři ozubárenských strojů. Elektromobily budou mnohem tišší bez vytáčení motoru do vysokých otáček, proto budou muset i všechny ostatní ústrojí pracovat velmi tiše. Každé cvakání ozubených kol by v tomto prostředí bylo považováno za rušivé. Na to všechno musí dnes výrobci obráběcích strojů reagovat a reagují. Stroje, které reagují na tyto nové výzvy, byly letos v Tokiu logicky v popředí zájmu návštěvníků veletrhu JIMTOF 2022 i samotných vystavovatelů.

Jeden příklad za všechny od Okuma Corporation

Japonský výrobce obráběcích strojů Okuma odpovídá na současné výzvy ucelenou nabídkou vlastních technologií na podporu dekarbonizace a energetických úspor ve výrobních závodech svých zákazníků. Portfolio tzv. zelených technologií od Okumy pokrývá čtyři základní oblasti: snížení spotřeby energie během obrábění, zbavení se nadbytečného vybavení, zkrácení pracovních cyklů a potvrzení a vyhodnocení účinnosti energetických úspor.

Nálepka „Green Smart Machine“ na strojích Okuma značí, že se jedná o stroj vybavený nejmodernějšími technologiemi, se kterými lze snížit emise oxidu uhličitého až o 45 %
Foto: autorka, Tokio

Přesnost procesu obrábění silně ovlivňuje okolní teplota, množství tepla vznikajícího při samotném obrábění a také to, jak se zahřívají jednotlivé komponenty obráběcího stroje. Okuma v tomto směru přijala filozofii smířit se s tím a zaměřit se na to, aby jejich stroje dokázaly pracovat s vysokou přesností i za běžných provozních podmínek. Zní to triviálně, ale triviální to vůbec není. Vynechejme vysvětlení technologie „Thermo-Friendly Concept“ od Okumy a zdůrazněme jen, že už to, že výrobce nemusí řešit nákladné udržování stabilní teploty na dílně, nemusí aplikovat stejně tak nákladné chladicí systémy a dlouze stroj před začátkem výroby zahřívat a stabilizovat, ušetří množství elektrické energie. K tomu můžeme přidat využití rekuperace brzdné energie během zpomalení vřetena a posuvu os a také implementaci úsporných hydraulických pump. Výsledkem je 17% úspora energie při obrábění na stroji nové generace oproti staršímu modelu bez těchto zelených technologií a při přesně stejném typu výroby i procesních parametrech.

Velkými konzumenty energie jsou periferní zařízení, která často zůstávají zapnutá, i když se momentálně nepoužívají. Nové stroje od Okumy označené zelenou nálepkou lze dovybavit sadou ECO suit plus, která se automaticky postará o to, aby zbytečně neběžely naprázdno vynašeče třísek, odlučovače páry a podobná zařízení s vysokým příkonem. Ve spojení s účinným managementem chladicí kapaliny lze ušetřit na stejném exemplárním příkladu dalších 14 % elektrické energie.

Ještě větší efekt ovšem přináší zkrácení pracovních cyklů. Jak toho lze dosáhnout? Správnou volbou optimálních řezných podmínek. Pokud se nastaví správné parametry pro obrobek a obráběcí operaci najednou, časy výrobních cyklů se výrazně zkrátí až o více než 30 %.

Velice důležité je mít možnost sledovat okamžitou spotřebu elektrické energie a také produkci emisí CO₂ přímo u stroje. Sesbíraná data jsou pak základem pro podrobnou analýzu stavu na každém jednotlivém zařízení a východiskem pro následnou optimalizaci.

Testy potvrzují, že s využitím rekuperace brzdné energie, zavedením „Thermo-Friendly Conceptu“ pro chladné starty a se sadou ECO suite plus lze snížit emise CO₂ až o 45 %.