چگونه می‌توان اثرات زیست‌محیطی تولید بوش‌های پرسلانی را کاهش داد؟

اگر تا به حال به اندازه کافی در یک کارخانه سرامیک ایستاده باشید تا خنک شدن ترانسفورماتورهای چینی را تماشا کنید، متوجه چیزی خواهید شد که اغلب ناظران معمولی از دست می دهند: صدای زمزمه کوره های با دمای بالا که بوش های چینی را شکل می دهند، بلندتر از آن چیزی است که باید باشد. به‌عنوان یک تامین‌کننده بوش چینی، پنج سال گذشته را صرف تعقیب آن نقطه میانی آرام و کارآمد کرده‌ام - جایی که تولید دقیق با احترام به سیاره زمین روبرو می‌شود. بوش های چینی برای شبکه های برق غیرقابل مذاکره هستند، ترانسفورماتورها را به خطوط متصل می کنند و از نشت الکتریکی جلوگیری می کنند، اما تولید آنها مدت هاست که یک فرآیند سنگین منابع بوده که باعث تخلیه آب، سوختن سوخت و ارسال ذرات معلق به هوا می شود.

تیم من به عنوان کارشناسان پایداری شروع به کار نکرد. ما به‌عنوان افرادی شروع کردیم که از اپراتورهای شبکه که به دلیل زمان‌های تحویل و نرخ‌های بالای ضایعات ناامید شده‌اند، و یک طرف فشار از سوی تنظیم‌کننده‌های محلی برای پاک‌سازی عملکردمان، احساس نارضایتی کردیم. این سفر به من آموخت که کاهش اثرات زیست محیطی در اینجا مربوط به تغییرات زرق و برق دار و غیرقابل اجرا نیست - بلکه مربوط به تغییرات کوچک و عمدی است که روی هم می روند و مواد و فرآیندهایی را انتخاب می کنند که عملکرد را با انتشار کمتر تعویض نمی کنند. بیایید آنچه را که آموخته‌ایم، و آنچه را که هر تولیدکننده و خریدار بوشینگ باید در اولویت قرار دهد، تجزیه کنیم.

ابتدا، بیایید این موضوع را به این دلیل بپردازیم که چرا بوش های چینی اهمیت دارند، زیرا این زمینه باعث می شود کار محیطی کمتر شبیه یک هجوم بازاریابی باشد و بیشتر شبیه مراقبت از سیستم هایی است که همه ما به آنها متکی هستیم. اگر تا به حال چراغی را در یک منطقه روستایی روشن کرده باشید، این نیرو از ترانسفورماتور مجهز به بوش تامین می شود. این اجزاء از یک مخلوط چینی با عیار بالا ساخته شده‌اند که اغلب دارای هسته‌ای است که لایه‌های جاری و بیرونی را حمل می‌کند که در برابر باران، گرد و غبار و دماهای شدید عایق می‌شوند. می‌توانید طرح‌های استانداردی را که برای شبکه‌های جهانی مختلف ارائه می‌کنیم در اینجا بررسی کنید:بوش ترانسفورماتور استاندارد AS،بوش ترانسفورماتور استاندارد برزیل، و طرح های مناسب برای سیستم های روغن ترانسفورماتور در اینجا:بوش روغن چینی. چیزی که به راحتی فراموش می شود این است که هر مرحله از ساخت این قطعات - از استخراج مواد خام تا پخت محصول نهایی - دارای ردپای کربن است.

بیایید با مرحله مواد اولیه شروع کنیم، زیرا طبق ارزیابی چرخه عمر (LCA) در سال 2022 که ما برای تولید خودمان سفارش داده بودیم، 60٪ از تأثیرات زیست محیطی بوش چینی از آنجا منشأ می گیرد. مخلوط‌های چینی سنتی به شدت به خاک رس کائولن، فلدسپات و کوارتز متکی هستند که در گودال‌های باز و بزرگ استخراج می‌شوند که خاک سطحی را از بین می‌برد و در صورت عدم مدیریت دقیق می‌تواند آب محلی را آلوده کند. برای سال‌ها، ما کائولن را از یک معدن 200 مایلی دورتر تهیه می‌کردیم، گازوئیل را می‌سوزانیم تا آن را حمل کنیم، و مواد خام را فقط یک بار قبل از مخلوط کردن آنها می‌شوییم - هم آب و هم ذرات ریز خاک رس را که به فاضلاب محلی ختم می‌شد، هدر می‌دادیم.

ما در اینجا دو مشکل بزرگ را با تغییر به مواد خام منطقه ای و بازیافتی برطرف کردیم. ابتدا، ما با یک معدن در 30 مایلی کارخانه خود که از معدن حلقه بسته استفاده می کند شریک شدیم: آنها در حین کار، کناره های گودال را با پوشش گیاهی بومی بازسازی می کنند، بنابراین فرسایش خاک تقریباً وجود ندارد. دوم، ما اکنون 25 درصد از کائولن خود را از ضایعات چینی صنعتی تهیه می کنیم که آنها را آسیاب و به یک مخلوط قابل استفاده تبدیل می کنیم. این ضایعات از تولیدکنندگان بوش می‌آید که قطعات را بیش از حد آتش می‌زنند یا محصولات غیرمجاز دارند - موادی که به محل دفن زباله می‌رفتند. ما زمان اختلاط و پخت خود را با توجه به مواد بازیافتی تنظیم کردیم و پس از 12 ماه آزمایش، میزان ضایعات ما 18 درصد کاهش یافت زیرا خاک رس بازیافتی چینی نهایی را یکنواخت تر می کند و ترک ها را در حین پخت کاهش می دهد. این امر انتشارات حمل و نقل مواد خام ما را تا 42 درصد کاهش داد و اتکای ما به مواد استخراج شده جدید را به میزان یک چهارم کاهش داد، که هم برای سیاره و هم برای سود ماست.

بعد، مرحله اختلاط و شکل‌دهی - مرحله دیگری که انرژی زیادی دارد. تولید بوش چینی سنتی از فرآیند اختلاط مرطوب استفاده می‌کند، که در آن مواد خام با آب ترکیب می‌شوند تا دوغاب ایجاد کنند، سپس در قالب ریخته و خشک می‌شوند. فرآیند خشک کردن معمولاً در اجاق‌های بزرگ و گاز سوز انجام می‌شود که هوای داغ را در سراسر قطعات می‌فرستند، اما ناکارآمد است: بر اساس راهنمای ساخت انجمن صنعت سرامیک در سال 2023، تنها حدود 30 درصد از گرما در واقع با چینی مرطوب تعامل دارد. ما چند راه حل را در اینجا امتحان کردیم، اما راه حلی که بهترین کار را داشت، تغییر به روش پرس خشک با کمک خلاء برای اکثر بوش های استاندارد ما، به جای شکل دهی مرطوب بود.

پرس خشک پودرهای خام را با مقدار کمی بایندر مخلوط می کند (آب بسیار کمتر از حالت مرطوب) و از فشار هیدرولیک برای شکل دادن به بوشینگ در قالب استفاده می کند. این کار زمان خشک شدن را از 72 ساعت به 8 ساعت کاهش می دهد، زیرا آب کمتری برای تبخیر وجود دارد و 65٪ انرژی کمتری در این مرحله نسبت به شکل دهی مرطوب مصرف می کند. ما هنوز از شکل دهی مرطوب برای قطعات سفارشی و با دقت بالا برای ترانسفورماتورهای تخصصی استفاده می کنیم، اما برای خط تولید اصلی خود - از جملهبوش چینی برای ترانسفورماتورواحدهایی که 70 درصد از فروش ما را تشکیل می‌دهند—تغییر به پرس خشک متحول کننده بوده است. ما همچنین یک سیستم آب حلقه بسته را برای مقدار کمی آبی که هنوز استفاده می‌کنیم نصب کردیم: تمام رواناب حاصل از شکل‌دهی و تمیز کردن قطعات قالب فیلتر، تصفیه و استفاده مجدد می‌شود، بنابراین ما اکنون 0.0 گالن آب شیرین به ازای هر بوش تولیدی مصرف می‌کنیم که نسبت به 1.2 گالن دو سال پیش کاهش یافته است. این فقط برای رودخانه محلی که منبع آب قدیمی ما را تغذیه می کند خوب نیست، بلکه قبض آب مصرفی ما را برای این فرآیند حذف کرده است.

با این حال، بزرگترین چالشی که با آن روبرو بودیم، مرحله کوره بود. پخت پرسلن به دمایی بین 1200 تا 1400 درجه سانتیگراد نیاز دارد و برای چندین دهه، کارخانه ما به کوره ای با گاز طبیعی متکی بود که تنها در دهه 1990 کنترل های بهره وری انرژی را اضافه کرد. طبق ممیزی انتشار گازهای گلخانه ای ما در سال 2021، تقریباً 1.5 تن CO2 به ازای هر تن بوشینگ تمام شده منتشر می کرد. ما در نظر گرفتیم که به کوره‌های برقی برویم، اما هزینه اولیه بسیار بالا بود - تا اینکه در مورد فناوری کوره هیبریدی که گاز طبیعی را با گرمای زباله بازیافتی از سایر قسمت‌های کارخانه جفت می‌کند، به‌علاوه یک برنامه دسته‌ای که زمان بیکاری را کاهش می‌دهد، آشنا شدیم.

نحوه کار به این صورت است: کوره ما اکنون به کوره های خشک کن ما و یک سیستم خنک کننده جداگانه متصل است که گرمای اضافی هر دو را می گیرد، سپس بار ورودی کوره را قبل از اینکه به دمای پخت برسد، از قبل گرم می کند. ما همچنین برنامه شلیک خود را از کارکردن کوره 12 ساعت در روز، 7 روز در هفته، به اجرای دسته های 8 ساعته تنها زمانی که بار کامل قطعات داشته باشیم، تغییر دادیم. زمان بیکاری اتلاف بزرگی بود - هر بار که کوره را سرد می‌کردیم، 200 متر مکعب گاز می‌سوزانیم تا به دمای عملیاتی برسیم. اکنون ما فقط دسته‌های کامل را اجرا می‌کنیم و از گرمای زباله بازیافتی برای گرم کردن مواد خام قبل از رفتن به کوره استفاده می‌کنیم. نتیجه؟ ما تولید گازهای گلخانه ای را 58 درصد کاهش دادیم و صورتحساب انرژی ما برای این مرحله در سال اول 45 درصد کاهش یافت. ما همچنین مشعل‌های کم NOx را به کوره اضافه کردیم که انتشار اکسید نیتروژن را تا 70 درصد کاهش داد - چیزی که تنظیم‌کننده‌های محلی برای آن اصرار داشتند و ما حتی مجبور نبودیم برای تجهیزات اضافی برای رسیدن به آنجا پول بپردازیم، فقط برنامه‌ریزی هوشمندانه‌تر.

بسیاری از تلاش‌های پایداری در تولید، مرحله پایان عمر را نادیده می‌گیرند، اما برای بوش‌های چینی، این یک نقطه کور بزرگ است. هنگامی که ترانسفورماتورهای قدیمی تعویض می شوند، بوش های آنها اغلب به عنوان ضایعات دور ریخته می شود، حتی اگر پرسلن هنوز سالم و کاربردی باشد. ما یک برنامه بازپس گیری را دو سال پیش شروع کردیم: زمانی که یک شرکت خدمات برقی بوش های قدیمی را تعویض می کند، بوش های مستعمل را به صورت رایگان جمع آوری می کنیم، آنها را از نظر آسیب بررسی می کنیم، و هر کدام را که هنوز خوب است بازسازی می کنیم - یا آنها را به عنوان واحدهای بازسازی شده به قیمت 20 درصد کمتر از نو می فروشیم، یا آنها را دوباره به مواد خام بازیافتی برای مخلوط خود خرد می کنیم. در 18 ماه گذشته، 120 تن بوشینگ مستعمل را پس گرفتیم، 45 تن را بازسازی کردیم و بقیه را بازیافت کردیم و 115 تن را از محل دفن زباله منحرف کردیم. این همچنین به ما اجازه می دهد تا روابط قوی تری با مشتریان خود ایجاد کنیم، مشتریانی که از داشتن روشی مسئولانه برای دفع قطعات قدیمی شبکه به جای هدر دادن آنها قدردانی می کنند.

صادقانه می گویم: هر تغییری که ایجاد کردیم جواب نداد. ما در سال 2022 سعی کردیم پنل های خورشیدی را به سقف کارخانه خود اضافه کنیم، اما کارخانه ما به دلیل درختانی که 40 درصد از خورشید را مسدود می کنند، عقب افتاده است، بنابراین دوره بازپرداخت 12 سال بود که برای عملیات کوچک ما منطقی نیست. در عوض، ما با یک مزرعه خورشیدی محلی برای خرید اعتبارات انرژی تجدیدپذیر (RECs) شریک شدیم، که به ما اجازه می‌دهد 35 درصد از برق خود را از انرژی خورشیدی تامین کنیم و انتشار محدوده 2 خود را تا 30 درصد کاهش دهیم. همچنین قبلاً سعی کردیم لخته‌های شیمیایی را به سیستم آبی خود اضافه کنیم، اما آنها در آب بازیافتی ما بقایایی باقی می‌گذارند که باعث ایجاد ترک‌های جزئی در برخی از بوش‌ها می‌شود، بنابراین ما به فیلتراسیون طبیعی با کربن فعال و شن روی آوردیم که بهتر عمل می‌کند و در صورت نشت در محیط غیر سمی است.

نکته کلیدی در اینجا این است که کاهش اثرات زیست محیطی در مورد کمال نیست - بلکه در مورد تغییرات تدریجی و قابل اندازه گیری است که کیفیت محصول شما را به خطر نمی اندازد. بوش های چینی باید بادوام بوده و قادر به مقاومت در برابر آب و هوای شدید و بارهای الکتریکی زیاد باشند، بنابراین هر گونه ترفند پایداری باید قبل از تولید استانداردهای صنعتی را رعایت کند. ما هر دسته بازیافتی، هر برنامه شلیک جدید را با آزمایشگاه‌های شخص ثالث آزمایش می‌کنیم تا مطمئن شویم که بوش‌های ما همان الزامات ولتاژ و دما را مطابق با نمونه‌های ساخته شده با روش‌های سنتی برآورده می‌کنند، و تا کنون، هیچ خرابی محصول مربوط به فرآیندهای جدیدمان را نداشته‌ایم.

اگر اپراتور شبکه برق یا خریدار بوش های چینی هستید، ارزش آن را دارد که از تامین کننده خود در مورد LCA، منابع مواد اولیه و برنامه های بازپس گیری آنها بپرسید. رابوش چینی در قدرتصفحه جزئیات بیشتری در مورد نحوه ساخت بوش های ما برای ماندگاری دارد، و ما همیشه با در دسترس قرار گرفتن فناوری جدید، شیوه های خود را به روز می کنیم. برای هر کسی که در زمینه تولید فعالیت می کند، این کار به من آموخت که پایداری کار یک بخش جداگانه نیست - این بخشی از هر تصمیمی است، از مواد خامی که خریداری می کنید تا برنامه زمانی که کوره خود را راه اندازی می کنید.

ما هم تمام نشده ایم. امسال، ما در حال آزمایش یک بایندر زیستی جدید برای فرآیند پرس خشک خود هستیم که از نشاسته ذرت به جای مواد نفتی ساخته شده است، که می تواند میزان انتشار گازهای گلخانه ای ما را تا 3 کاهش دهد. ما همچنین به دنبال فناوری کوره های الکتریکی در مقیاس کوچک هستیم که ممکن است در دو سال آینده برای کارهای کوچکتر ما قابل اجرا باشد. هدف این نیست که بی نقص باشیم، بلکه این است که به فشار دادن ادامه دهیم، یک تغییر کوچک در یک زمان، به طوری که اجزایی که شبکه های برق ما را در حال اجرا نگه می دارند، خسارات زیادی بر روی کره زمین وارد نکنند.

اگر علاقه مند به بحث در مورد فرآیندهای تولید پایدار ما هستید، یا در مورد اینکه چگونه بوش های استاندارد، روغن و سفارشی ما می توانند نیازهای شما را در حین حمایت از اهداف زیست محیطی برآورده کنند، بیشتر بیاموزید، می توانید برای مشاوره و پیشنهاد قیمت تماس بگیرید.

مراجع

1. انجمن سرامیک آمریکا (2023).بهره وری انرژی در تولید سرامیک پیشرفته. انجمن صنعت سرامیک.
2. آژانس بین المللی انرژی (2022). ارزیابی چرخه عمر اجزای شبکه برق: بوش های چینی. برنامه نوآوری شبکه IEA.
3. انجمن ترانسفورماتور اروپا (2023). استانداردهای پایداری برای قطعات عایق ولتاژ بالا. مجموعه مقالات کنفرانس EUTRA.
4. آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (2021). کاهش آب صنعتی در تولید سرامیک: مطالعات موردی و بهترین شیوه ها. دفتر مدیریت مواد پایدار EPA.