Automatisering en CO2-reductie: een goed koppel
Slimme automatiseringstechnieken dragen wezenlijk bij aan verduurzaming
De bijrol die verduurzaming aanvankelijk speelde bij de industriële automatisering is uitgegroeid tot een hoofdrol, en inmiddels ‘Oscar-waardig’. De huidige tijd vereist vermindering van (energie)verbruik en (CO2-)uitstoot en een verantwoord (her)gebruik van materialen en grondstoffen. Nieuwe automatiseringstechnologieën zijn en worden steeds vaker expliciet ontwikkeld voor CO2-reductie, en aangezien een goed voorbeeld goed doet volgen, wordt in dit artikel nader ingegaan op hetgeen tot nu toe is bereikt.
Beleidsdruk en regelgeving
Overheden stellen steeds strengere eisen aan energieverbruik, CO2-uitstoot en materiaalgebruik. Het doel is tweeledig: versnelling van de energietransitie en behalen van de klimaatdoelstellingen. De speerpunten daarbij zijn minder (energie)verbruik, minder (CO2-)uitstoot en een verantwoord (her)gebruik van materialen en grondstoffen:
- minder energieverbruik: verhoging van de energie-efficiëntie door bijvoorbeeld strengere normen voor (productie)installaties, industriële verlichting en in- en extern transport;
- minder (CO2-)uitstoot: stimuleren van de overstap naar hernieuwbare energie, gecombineerd met strengere uitstootnormen en hogere emissieheffingen;
- verantwoord (her)gebruik van materialen en grondstoffen: focus op circulaire productie, hergebruik en beperking van de hoeveelheid grondstoffen.
Een dergelijke insteek dwingt ontwikkelaars ertoe innovatief te werk te gaan, nu het eindresultaat behalve productief ook duurzaam dient te zijn.
Wapens tegen CO2-uitstoot
Dankzij de 'gereedschapskist' van de automatiseringssector is al een brede range aan innovaties tot stand gebracht. Deze worden, verdeeld over een zestal categorieën, hieronder toegelicht.
Circulaire IT- en levenscyclusbeheer
Hierbij kan onder meer worden gedacht aan software die ook op oudere systemen werkt, aan modulaire systemen voor hergebruik van onderdelen en aan samenwerking met partners om afvalafvoer en recycling te optimaliseren.
Device-as-a-service en refurbishment
In dit geval leasen organisaties werkplekapparaten, bijvoorbeeld laptops en smartphones, als dienst. De IT-dienstverlener is daarbij verantwoordelijk voor:
- volledig beheer van de levenscyclus;
- actieve verlenging van de levensduur, preventief onderhoud en modulaire reparatie;
- refurbishment en hergebruik;
- verantwoorde retourname en recycling.
Hardwaremodulariteit en component-hergebruik
IT-apparatuur wordt modulair ontworpen zodat afzonderlijke onderdelen eenvoudig te vervangen, geüpgraded of hergebruikt kunnen worden. Dit verlengt de technische levensduur aanzienlijk, en voorkomt de productie van een volledig nieuw device (verreweg de grootste CO2-bron in de levenscyclus). Afgedankte onderdelen worden weer gebruikt als grondstof voor andere apparatuur.
Duurzame cloud- en infrastructuuroplossingen
Hierbij is er sprake van een tweesnijdend zwaard: door schaalbare cloudplatforms worden servers beter benut (minder fysieke hardware nodig) terwijl door te investeren in hernieuwbare energie, efficiëntere datacenters, warmteterugwinning en geavanceerde koelingstechnieken mogelijk worden.
Integratie van duurzame energiebronnen
Dit betreft de integratie van duurzame energie in IT-infrastructuur en/of datacenters. Door lokaal opgewekte groene stroom te gebruiken, of door via langdurige Power Purchase Agreements (PPA’s) groene stroom af te nemen, kunnen datacenters hun energieverbruik verduurzamen en schommelingen in de stroomvraag beter opvangen.
Resource scaling
Dit is het verschijnsel dat servers enkel operationeel zijn wanneer nodig en daarbij optimaal worden benut. Door resources als rekenkracht, water of productiecapaciteit dynamisch te schalen op basis van de vraag, worden overproductie en onnodig energieverbruik voorkomen.
Virtualisatie
Virtualisatie vermindert de hardwarebehoefte en het energieverbruik. Door het gebruik van virtuele machines en containers (zie de tabel) zijn fysieke servers steeds minder nodig. Daar komt bij dat één fysieke server meerdere virtuele omgevingen kan draaien.
Energie-efficiënte soft- en hardware
Door geoptimaliseerde algoritmen en energiezuinige hardware neemt de benodigde rekenkracht en het energieverbruik af. Edge computing verwerkt data lokaal, wat zowel het dataverkeer als het energieverbruik terugdringt.
Digital twins voor emissie-optimalisatie
Een digital twin gebruikt realtime data om prestaties te simuleren, voorspellen en optimaliseren (dynamisch configureerbare processen). Dit leidt niet alleen tot een lager energieverbruik, ook het materiaal- en grondstoffengebruik daalt doordat productie en onderhoud vooraf virtueel kunnen worden getest.
Energiezuinige servers en datacenters
Moderne servers zijn zo ontworpen dat ze ondanks een gering(er) stroomverbruik optimaal functioneren, dit dankzij onder meer geoptimaliseerde koeling, dynamisch energiebeheer en energiezuinige processoren. Teneinde het energieverbruik verder te minimaliseren, gebruiken datacenters technieken als liquid cooling en/of AI-gestuurde workloadverdeling.
Smart grids
Een smart grid − een elektriciteitsnetwerk dat gebruikmaakt van digitale technologieën en communicatie − optimaliseert vraag en aanbod, faciliteert slimme energieopslag en -distributie, beperkt netwerkverliezen en vergemakkelijkt de integratie van hernieuwbare bronnen als zon en wind.
Monitoring, rapportage en datagedreven duurzaamheid
Door realtime inzicht te verschaffen in de CO2-uitstoot, materiaalgebruik en energieverbruik, wordt monitoring hiervan aanzienlijk eenvoudiger. Tools om te (kunnen) voldoen aan ESG-rapportage-eisen werken daarbij faciliterend.
Autonome emissiemonitoring en -rapportage
Hierbij gaat het met name om vergroting van het duurzaamheidsinzicht door het realtime monitoren, analyseren en rapporteren van de output. Aldus kunnen bedrijven snel inefficiënties opsporen, processen optimaliseren, en zo blijven voldoen aan CO2-regelgeving.
Slimme energiemeters en realtime energie-dashboarding
Dankzij deze benadering krijgen bedrijven continu inzicht in hun energieverbruik (de input). Door analyse van deze data kunnen zij gericht energiebesparende maatregelen nemen in hun planning en processen.
Slimme(re) productie- en procesautomatisering
Het voorspellend vermogen van automatisering (predictive automation) kan worden benut bij de (verdere) optimalisatie van productieprocessen. Op dit gebied is tot nu toe het meest gerealiseerd.
AI-gestuurde logistiek en supply chains
Beide worden voornamelijk ingezet om onderdelen van processen te optimaliseren waaronder voorraadbeheer, transportplanning, vraagvoorspelling en route-optimalisatie. AI maakt logistiek en supply chains slimmer, minder verspillend en energie-efficiënter.
Elektrificatie van transport
Een efficiënt en duurzaam alternatief voor traditionele brandstofsystemen waarbij slimme laadsystemen realtime data gebruiken om het opladen te optimaliseren en het laadmoment te koppelen aan de beschikbaarheid van groene stroom.
Energy-aware fabriek
Bij een dergelijke fabriek, een specifiek voorbeeld van smart manufacturing, is er sprake van het realtime meten, sturen en optimaliseren van het energiegebruik in productieprocessen via automatisering, sensoren, data-analyse en intelligente besturing.
Predictive maintenance
Deze vorm van onderhoud richt zich op het op realtimebasis voorspellen van onderhoudsbehoeften van machines en installaties om stilstand te voorkomen, gebruik te optimaliseren en operationele efficiëntie te verhogen (minder productieonderbrekingen, lagere energieconsumptie).
Slimme aandrijvingen
Aandrijvingen als servo- en frequentieregelaars stemmen snelheid en koppel van motoren nauwkeurig af op de belasting. Dankzij een geïntegreerde PLC fungeren ze als lokale motioncontroller in een inverter-based systeem. Voor energie-regeneratie zijn echter speciaal daarvoor ontwikkelde aandrijvingen nodig. Ook energie-efficiënte motoren (IE5, IE6 en IE7) vallen hieronder; deze klassen zijn echter nog niet internationaal erkend binnen de IEC-normen.
binnen een groter systeem (foto: Nord Aandrijvingen België)
Ontwerp- en ontwikkelprincipes
Hierbij draait het om het al in de ontwerpfase integreren van duurzaamheidsaspecten`, bijvoorbeeld de selectie van lage-emissiematerialen, optimalisatie van energie-efficiëntie, modulariteit voor hergebruik en minimalisatie van afval en transportbehoefte.
Green Software Engineering
Door duurzaamheid al in de software-architectuur en -logica mee te nemen, wordt software verkregen die energie-efficiënter is en daarmee – uiteraard afhankelijk van de aard van de energiebron − daadwerkelijk bijdraagt aan CO2-reductie.
Door geoptimaliseerde algoritmen en energiezuinige hardware neemt de benodigde rekenkracht en het energieverbruik af
Modulair en reparatievriendelijk ontwerp
Door IT-apparatuur te ontwerpen met makkelijk vervangbare onderdelen − batterijen, geheugen en harde schijven − kunnen componenten worden gerepareerd of geüpgraded (vermindering van de afvalstromen, verhoging van de circulariteit).
Software-optimalisatie voor efficiëntie
Software kan zo worden ontwikkeld dat het minder rekenkracht en geheugen verbruikt waardoor hardware minder belast en het energieverbruik vermindert. Te denken valt aan geoptimaliseerde algoritmen en slimme procesplanning om energiepieken te vermijden.
Sustainable UX
Bij dit ontwerpprincipe staan gebruikerservaringen en ontwerpkeuzes centraal die duurzaam gedrag stimuleren én digitale diensten minder belastend maken. Hieronder vallen energiezuinig ontwerp (bijvoorbeeld lightweight websites), minimalistische maar duidelijke navigatie en toegankelijkheid en inclusiviteit.
Met medewerking van Endress+Hauser, Lenze, Nord Aandrijvingen België en SMC
