Jeśli kiedykolwiek stałeś w fabryce ceramiki wystarczająco długo, aby zobaczyć, jak stygną transformatory porcelany, zauważysz coś, co umyka większości przypadkowych obserwatorów: szum wysokotemperaturowych pieców, w których kształtowane są tuleje porcelany, jest głośniejszy, niż powinien. Jako dostawca tulei porcelanowych przez ostatnie pięć lat szukałem cichego i wydajnego środka, w którym precyzyjna produkcja spotyka się z szacunkiem dla planety. Przepusty porcelanowe nie podlegają negocjacjom w sieciach energetycznych, łącząc transformatory z liniami i zapobiegając wyciekom prądu, ale ich produkcja od dawna jest procesem wymagającym dużych zasobów, który powoduje odprowadzanie wody, spalanie paliwa i wysyłanie cząstek stałych do powietrza.
Mój zespół nie zaczynał jako eksperci ds. zrównoważonego rozwoju. Zaczynaliśmy jako ludzie, których słuchali operatorzy sieci, sfrustrowani terminami dostaw i wysokimi wskaźnikami złomowania, a także presją ze strony lokalnych organów regulacyjnych, aby uporządkowali nasze przepisy. Ta podróż nauczyła mnie, że ograniczanie wpływu na środowisko w tym przypadku nie polega na rzucaniu się w oczy, niewykonalne poprawki — chodzi o małe, przemyślane zmiany, które się kumulują, oraz wybór materiałów i procesów, które nie przekładają się na wydajność w zamian za niższą emisję. Podzielmy się tym, czego się nauczyliśmy i co każdy producent tulei i kupujący powinien traktować priorytetowo.
Najpierw ustalmy, dlaczego tuleje porcelanowe mają znaczenie, ponieważ w tym kontekście praca na rzecz ochrony środowiska mniej przypomina marketingowy szum, a bardziej troskę o systemy, na których wszyscy polegamy. Jeśli kiedykolwiek włączałeś światło na obszarach wiejskich, energia ta pochodziła z transformatora wyposażonego w tuleję. Elementy te są wykonane z wysokiej jakości mieszanki porcelany, często z rdzeniem przewodzącym prąd i warstwami zewnętrznymi izolującymi przed deszczem, kurzem i ekstremalnymi temperaturami. Tutaj możesz zapoznać się ze standardowymi projektami, które dostarczamy dla różnych globalnych sieci:Standardowa tuleja transformatora AS,Standardowa brazylijska tuleja transformatoraoraz projekty dostosowane do systemów oleju transformatorowego tutaj:Tuleja olejowa porcelanowa. Łatwo zapomnieć, że każdy etap wytwarzania tych elementów – od wydobycia surowców po wypalenie produktu końcowego – niesie ze sobą ślad węglowy.
Zacznijmy od etapu surowca, ponieważ to właśnie tam powstaje 60% wpływu tulei porcelanowej na środowisko, zgodnie z oceną cyklu życia (LCA) na rok 2022, którą zleciliśmy naszej własnej produkcji. Tradycyjne mieszanki porcelany opierają się głównie na glince kaolinowej, skaleniu i kwarcu, które wydobywa się w dużych, otwartych kopalniach, które usuwają wierzchnią warstwę gleby i mogą zanieczyścić lokalną wodę, jeśli nie są ostrożnie zarządzane. Przez lata pozyskiwaliśmy kaolin z jednego kamieniołomu oddalonego o 300 km, spalając olej napędowy przed jego transportem, a surowce myliśmy tylko raz przed ich zmieszaniem, marnując zarówno wodę, jak i drobne cząstki gliny, które trafiały do lokalnych ścieków.
Naprawiliśmy tutaj dwa duże problemy, przechodząc na regionalne surowce pochodzące z recyklingu. Po pierwsze nawiązaliśmy współpracę z kamieniołomem oddalonym o 30 mil od naszego zakładu, który wykorzystuje wydobycie w obiegu zamkniętym: w trakcie pracy przywracają one ściany wyrobisk rodzimą roślinnością, dzięki czemu erozja gleby prawie nie występuje. Po drugie, obecnie 25% naszego kaolinu pozyskujemy z przemysłowego złomu porcelany, który mielimy i rafinujemy z powrotem w użyteczną mieszankę. Złom ten pochodzi od producentów tulei, którzy przepalają części lub mają produkty niezgodne ze specyfikacją — materiał, który trafiłby na wysypisko. Dostosowaliśmy naszą mieszankę i czas wypalania, aby uwzględnić materiał z recyklingu, a po 12 miesiącach testów wskaźnik złomu spadł o 18%, ponieważ glina z recyklingu sprawia, że ostateczna porcelana jest bardziej jednolita, redukując pęknięcia podczas wypalania. Zmniejszyło to emisję wynikającą z transportu surowców o 42% i zmniejszyło naszą zależność od nowych materiałów wydobywczych o jedną czwartą, co było korzystne zarówno dla planety, jak i naszych zysków.
Następnie etap mieszania i formowania – kolejny etap energochłonny. Tradycyjna produkcja tulei porcelanowych wykorzystuje proces mieszania na mokro, podczas którego surowce łączy się z wodą w celu wytworzenia zawiesiny, następnie wlewa się do form i suszy. Proces suszenia odbywa się zwykle w dużych piecach opalanych gazem, które nadmuchują kawałki gorącym powietrzem, ale jest on nieefektywny: zgodnie z wytycznymi produkcyjnymi stowarzyszenia Ceramic Industry Association na rok 2023 tylko około 30% ciepła faktycznie oddziałuje z mokrą porcelaną. Wypróbowaliśmy tutaj kilka rozwiązań, ale najskuteczniejszym było przejście na metodę prasowania na sucho wspomaganą próżniowo dla większości naszych standardowych tulei zamiast formowania na mokro.
Prasowanie na sucho łączy surowe proszki z niewielką ilością spoiwa (znacznie mniej wody niż w przypadku formowania na mokro) i wykorzystuje ciśnienie hydrauliczne do kształtowania tulei w formie. Skraca to czas suszenia z 72 godzin do 8 godzin, ponieważ do odparowania jest mniej wody, a na tym etapie zużywa się o 65% mniej energii niż w przypadku formowania na mokro. Nadal stosujemy formowanie na mokro w przypadku niestandardowych, precyzyjnych elementów do specjalistycznych transformatorów, ale w przypadku naszej podstawowej linii produktów — obejmującejTuleja porcelanowa do transformatorajednostek, które stanowią 70% naszej sprzedaży — przejście na prasowanie na sucho miało ogromne znaczenie. Zainstalowaliśmy także system obiegu zamkniętego wody dla niewielkiej ilości wody, której wciąż używamy: cały odpływ z formujących i czyszczących części formy jest filtrowany, oczyszczany i ponownie wykorzystywany, dzięki czemu obecnie na każdą wyprodukowaną tuleję przypada 0,0 galona świeżej wody, w porównaniu z 1,2 galona dwa lata temu. Jest to dobre nie tylko dla lokalnej rzeki, która zasila naszą starą wodę – eliminuje także nasze rachunki za wodę za ten proces.
Największym wyzwaniem, przed jakim stanęliśmy, był jednak etap wypalania. Wypalanie porcelany wymaga temperatur od 1200 do 1400 stopni Celsjusza, a przez dziesięciolecia nasz zakład korzystał z pieca opalanego gazem ziemnym, w którym kontrole efektywności energetycznej dodano dopiero w latach 90. XX wieku. Z naszego audytu emisji przeprowadzonego w 2021 r. wynika, że emitowała ona około 1,5 tony CO2 na tonę gotowych tulei. Rozważaliśmy przejście na piece elektryczne, ale początkowe koszty były zaporowe – dopóki nie dowiedzieliśmy się o technologii pieca hybrydowego, która łączy gaz ziemny z odzyskanym ciepłem odpadowym z innych części zakładu, a także o harmonogramie wsadowym, który skraca czas przestoju.
Oto jak to działa: nasz piec jest teraz podłączony do naszych pieców suszących i oddzielnego systemu chłodzenia, który wychwytuje nadmiar ciepła z obu, a następnie wstępnie podgrzewa wsad do pieca, zanim osiągnie on temperaturę wypalania. Zmieniliśmy także harmonogram wypalania z pracy pieca przez 12 godzin dziennie, 7 dni w tygodniu na pracę wsadową po 8 godzin tylko wtedy, gdy mamy pełny wsad elementów. Czas przestoju był ogromną stratą — za każdym razem, gdy uruchamialiśmy piec na zimno, spalaliśmy 200 metrów sześciennych gazu, aby osiągnąć temperaturę roboczą. Obecnie produkujemy tylko pełne partie, a odzyskane ciepło odpadowe wykorzystujemy do ogrzania surowców przed ich umieszczeniem w piecu. Wynik? Obniżyliśmy emisję z pieca o 58%, a nasze rachunki za energię z tego tytułu spadły o 45% w pierwszym roku. Do pieca dodaliśmy także palniki o niskiej emisji NOx, co zmniejszyło emisję tlenku azotu o 70% — na co nalegały lokalne organy regulacyjne, a żeby to osiągnąć, nie musieliśmy nawet płacić za dodatkowy sprzęt, wystarczyło mądrzejsze planowanie.
Wiele wysiłków na rzecz zrównoważonego rozwoju w produkcji pomija fazę wycofania z eksploatacji, ale w przypadku tulei porcelanowych jest to duży martwy punkt. Kiedy wymieniane są stare transformatory, ich tuleje często są wyrzucane jako złom, mimo że porcelana jest nadal nienaruszona i funkcjonalna. Rozpoczęliśmy program odbioru dwa lata temu: kiedy przedsiębiorstwo użyteczności publicznej wymienia stare tuleje, odbieramy zużyte tuleje za darmo, sprawdzamy je pod kątem uszkodzeń i odnawiamy te, które są nadal dobre — albo sprzedajemy je jako zregenerowane jednostki za 20% taniej niż nowe, albo przerabiamy je z powrotem na surowiec z recyklingu do naszej mieszanki. W ciągu ostatnich 18 miesięcy odebraliśmy 120 ton zużytych tulei, zregenerowaliśmy 45 ton, a resztę poddaliśmy recyklingowi, w wyniku czego 115 ton trafiło na wysypiska śmieci. Pozwoliło nam to również zbudować silniejsze relacje z naszymi klientami, którzy cenią sobie możliwość odpowiedzialnej utylizacji starych elementów sieci zamiast wyrzucania ich do śmieci.
Będę szczery: nie każda wprowadzona przez nas zmiana działała. Próbowaliśmy zainstalować panele słoneczne na dachu naszej fabryki w 2022 r., ale naszą fabrykę cofają drzewa, które blokują 40% światła słonecznego, więc okres zwrotu inwestycji wyniósł 12 lat – to zbyt długo, aby miało to sens w przypadku naszej małej firmy. Zamiast tego nawiązaliśmy współpracę z lokalną farmą fotowoltaiczną, aby kupić kredyty na energię odnawialną (REC), co pozwoliło nam pozyskać 35% energii elektrycznej z energii słonecznej, zmniejszając emisję w zakresie 2 o 30%. Próbowaliśmy także wcześniej dodać do naszej instalacji wodnej flokulanty chemiczne, ale pozostawiły one osad w naszej wodzie poddanej recyklingowi, co spowodowało drobne pęknięcia w niektórych tulejach, więc przeszliśmy na naturalną filtrację z węglem aktywnym i piaskiem, która działa lepiej i jest nietoksyczna w przypadku przedostania się do środowiska.
Najważniejszym wnioskiem jest to, że w ograniczaniu wpływu na środowisko nie chodzi o perfekcję – chodzi o stopniowe, mierzalne zmiany, które nie pogarszają jakości produktu. Tuleje porcelanowe muszą być trwałe, odporne na ekstremalne warunki pogodowe i duże obciążenia elektryczne, dlatego wszelkie zmiany w zakresie zrównoważonego rozwoju muszą spełniać standardy branżowe, zanim trafią do produkcji. Testujemy każdą partię poddaną recyklingowi, każdy nowy harmonogram wypalania we współpracy z niezależnymi laboratoriami, aby upewnić się, że nasze tuleje spełniają te same wymagania dotyczące napięcia i temperatury, co te wykonane tradycyjnymi metodami. Jak dotąd nie zaobserwowaliśmy żadnych usterek produktów związanych z naszymi nowymi procesami.
Jeśli jesteś operatorem sieci energetycznej lub nabywcą tulei porcelanowych, warto zapytać dostawcę o jego LCA, pozyskiwanie surowców i programy odbioru. TheTuleja porcelanowa w mocystrona zawiera więcej szczegółów na temat trwałości naszych tulei, a my zawsze aktualizujemy nasze praktyki w miarę pojawiania się nowych technologii. Dla każdego, kto pracuje w branży produkcyjnej, ta praca nauczyła mnie, że zrównoważony rozwój nie jest zadaniem odrębnego działu – jest częścią każdej decyzji, począwszy od zakupu surowca po harmonogram pracy pieca.
My też nie skończyliśmy. W tym roku testujemy nowe bio spoiwo do naszego procesu prasowania na sucho, wykonane ze skrobi kukurydzianej zamiast materiałów na bazie ropy naftowej, co mogłoby jeszcze bardziej ograniczyć emisję w zakresie 3. Przyglądamy się także technologii małych pieców elektrycznych, która mogłaby być możliwa do zrealizowania w przypadku naszych mniejszych serii w ciągu najbliższych dwóch lat. Celem nie jest osiągnięcie doskonałości — chodzi o ciągłe wprowadzanie zmian, jedna mała zmiana na raz, tak aby komponenty zapewniające działanie naszych sieci energetycznych nie powodowały ogromnego zużycia planety.
Jeśli chcesz omówić nasze zrównoważone procesy produkcyjne lub dowiedzieć się więcej o tym, jak nasze tuleje standardowe, olejowe i niestandardowe mogą spełnić Twoje potrzeby, jednocześnie wspierając cele środowiskowe, skontaktuj się z nami, aby uzyskać konsultację i wycenę.
Referencje
- Amerykańskie Towarzystwo Ceramiczne. (2023).Efektywność energetyczna w zaawansowanej produkcji ceramiki. Stowarzyszenie Przemysłu Ceramicznego.
- Międzynarodowa Agencja Energetyczna. (2022). Ocena cyklu życia elementów sieci elektroenergetycznej: tuleje porcelanowe. Program innowacji w zakresie sieci IEA.
- Europejskie Stowarzyszenie Transformatorów. (2023). Standardy zrównoważonego rozwoju dla elementów izolacyjnych wysokiego napięcia. Materiały konferencyjne EUTRA.
- Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska. (2021). Redukcja zużycia wody przemysłowej w produkcji ceramiki: studia przypadków i najlepsze praktyki. Biuro EPA ds. Zrównoważonej Gospodarki Materiałowej.
