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这才是绿色制造!被忽略的的能源宝矿

发布时间: 2017-09-13 08:43   作者: 黄昌夏   来源: 知识自动化

一直被人们津津乐道的“废弃材料的回收与再利用”其效果究竟如何?

美国能源局先进制造业办公室研究结果显示,对于废弃铝材的二次利用,能够比使用重新制铝节约近95%的能耗!

材料二次利用所带来的能源节约如此显著,但对废料进行回收、处理、再利用又是困难重重的,美国将该领域的研究列为Manufacturing USA重要方向之一,期望借助创新组织的力量实现关键技术的突破。

每年能耗节省=GE市值

经历了2008年世界经济危机,美国对于制造业的重视程度与投入力度与日俱增。美国经济分析局数据显示,2015年美国制造业占GDP的12%。

2015年,美国制造业为美国经济贡献为2.17万亿美元,而2009年同期同口径贡献值为1.7万亿美元,累计增长率达28%。与此同时,乘数效应、劳动生产率都实现了大幅提升,能源强度则实现了显著的下降,这与美国持续致力于优化与提升能源使用效率有着密不可分的联系。

据英国BP公司发布的2016版《2035能源展望》显示,美国能源消耗约占世界能源消耗总量的25%,位居世界第一。而制造业,又是美国第一大能耗行业,美国制造企业每年在降低能耗方面的花费的成本总计超过2000亿美元,相当于GE的市值!

多年来,为了更有效地支持制造业的发展,美国能源局始终不遗余力地通过推进各类创新技术的发展与相关配套政策的支持,促进能源使用效率的提升。

早在2013年,美国能源局能效和可再生能源办公室即启动“清洁能源生产计划”,旨在提高美国清洁能源产品制造的竞争力,并提高制造业能源使用效率。美国能源局能效和可再生能源办公室下设的先进制造办公室负责辅助“清洁能源生产计划”相关项目的管理和执行,例如为企业及研究机构提供共享的研究设施及其他各类资源。目前先进制造办公室在整个Manufacturing USA中所扮演的角色,也是通过共享资源解决跨领域清洁能源与能效提升的共性问题。

能源、材料等各个相关领域的技术发展水平,如木桶效应一般,对制造业的发展水平产生综合影响,美国显然深谙其道!

这才是绿色制造!被忽略的的能源宝矿

图1:制造业材料回收、重用、再制造示意图

来源:LinkedIn

随着Manufacturing USA的兴起,美国能源部也继续拓展了在能源生产与消耗的创新计划。2016年5月在材料制造中减少内涵能源和降低排放的创新研究院(Reducing Embodied-energy And Decreasing Emission,REMADE),被开始创立运作以作为商务部清洁能源制造创新研究院旗下重要的分支领域之一。

今年初,商务部美国能源局委任可持续制造创新联盟牵头,在位于纽约的罗彻斯特理工学院,正式建立REMADE,并于2017年5月正式开始运营。

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图2:Manufacturing USA and REMADE

来源:Manufacturing USA官网

你有酒,我有故事,大家才能一起玩

REMADE总投资1.4亿美元,其中7000万美元来自联邦基金拨款,另有7000万美金以众筹的方式,从100多家成员机构募集而来,包括26所高等院校、7家国家级实验室、44家企业和26个行业协会、组织与基金会。

成员单位广泛分布于机械制造、消费品、能源、材料等各个领域,且彼此之间存在一定关联的成员,不在少数。例如,作为美国能源局在Manufacturing USA中的老搭档 —— 美国智能制造领导力联盟(Smart Manufacturing Leadership Coalition,SMLC)也在其中,它同时牵头另外一个清洁能源智能制造创新研究院。可以想象,美国对于智能制造与能源管理之间可能产生的协同效应,显然有着更高的期许。

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图3:参与REMADE的100多家成员机构

来源:公开资料,南山工业书院整理

在申请者资格认定方面,REMADE规定美国公民个体、国内机构、国外机构、注册联盟协会、非注册联盟协会均可申请加入,但在等级与权责方面则存在着明确的差异化,尤其是对于申请入会的国外机构,有着颇为耐人寻味的“特别要求”。 可以说,Manufacturing USA毫不掩饰其对于美国本土企业乃至整个美国国家利益的倾斜与保护。

针对不同类型的成员机构,REMADE赋予不同的权利与责任,以求实现资源的合理优化配置与整体效益最大化。相关的成本分摊与利益分配方式,REMADE设置了非常详实的细则与计算方法,例如REMADE项目费用的至少50%将由成员单位承担。

在管理组织架构方面,REMADE完全按照五大技术方向划分,并拥有类似企业的职能部门设置,除此之外,还有来自罗彻斯特理工学院Golisano可持续发展研究所的临时辅助团队,麻雀虽小,五脏俱全。

在这个以技术为导向的创新机构当中,至关重要的首席技术官由曾在GE全球研发、航空航天集团等多个部门总计20余年工作经验的技术管理专家Magdi N. Azer担任,统领各个领域的专家,跨领域的专业技术与从业经验,是人才选择的重要标准之一。然而,跨领域之间的交互与协作,则被视为未来发展过程之中,机遇与挑战并存的未知之数。

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图4:REMADE管理委员会组织架构

来源:公开资料,南山工业书院整理

五大技术聚焦四大领域,探索绿色制造

作为Manufacturing USA中由能源部美国能源局主导的第五个创新研究院,REMADE将专注于能够显著降低制造关键材料所需能源的创新技术的早期应用研究,并通过提高对金属,纤维,聚合物以及电子产品废弃物这四大类重点能耗领域材料的回收、重复利用和再制造,促进制造业整体能效提升,其目标是:到2027年,整体能源效率实现50%的提升。

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图5:REMADE聚焦四种能耗材料,主攻五大技术方向

来源:公开资料,南山工业书院整理

REMADE主要聚焦于以下五大技术领域:

1. 系统分析与整合,即数字收集、标准化、度量标准,以及理解物料流所需的工具等;

2. 为再利用与拆卸而设计,即为物料利用与二次利用开发专用工具;

3. 在制造过程中提高材料利用效率,减少材料二次利用的质量损失;

4. 高效率高质量完成元器件回收、清洗,追求回收与再利用效率最大化;

5. 回收与复原,即快速收集、识别、分类、拆卸,以及污染物去除再加工与处理。

这些技术将通用于多种材料,但同时也希望能够较有针对性地实现关键专业领域的突破。例如,以当前的技术,挖掘内涵于产品本身的能源是非常困难的,尤其是电子产品这种材料复杂性与多样性越来越高的品类,例如智能手机、笔记本电脑等电子产品,同时采用超过60种元素,但是材料二次利用所带来的能源节约又是非常显著的,对于这种对多种元素混杂的电子废物进行经济有效地处理的应用,即是回收、再利用与再制造技术研究的重点。

REMADE预计,通过上述优化技术,美国制造业每年能够节省大约1.6千兆英热单位(quads)的能量,相当于2.8亿桶石油,价值等同于美国全国一个月石油进口总额!

高效、清洁、低碳、循环,这些特点不正是绿色制造所倡导的理念吗?无独有偶,《中国制造2025》对绿色制造也是浓墨重彩,绿色制造不但位居九大重点任务之一,而且与制造业创新中心建设工程、智能制造工程并列为五大工程之一,其重要性可见一斑。然而宏大的发展目标背后,关键技术与应用无疑扮演着至关重要的角色,REMADE所做的探索实践,不失为一种具有借鉴意义的参考。

目标与将来

按照以往的惯例,Manufacturing USA为REMADE也设置了与其他创新研究院类似的基本目标:

☆ 对适用于能效管理与清洁能源等领域的、影响力较大的先进制造技术进行探索研发;

☆ 在接受美国能源局等相关组织扶持的情况下度过前五年成长期后,能够实现独立运营;

☆ 培养过硬的先进制造业工作队伍;

☆ 强化创新生态系统;

☆ 构建同时涵盖中小型企业的公私合营产业联盟以强化美国制造业竞争力。

然而,REMADE为自己所规划的蓝图远不仅限于此,他们为未来5年,乃至10年的发展,都已经设立了更加清晰的量化目标,主要包括技术、生态组织和劳动力发展三个方向。宏大的目标将在细致入微的具体措施的推动下,有条不紊地向前发展,这正是Manufacturing USA行事的一贯作风。而跨领域的融合与创新能够孕育出什么令人意想不到的成果,对制造业的发展又意味着什么,这些未知则让人们对未来充满希冀……

  作者简介

  黄昌夏:西门子数字化工厂战略与数字化高级顾问,南山工业书院研究组成员,在数字化工厂、工业互联网、企业技术战略、智能制造市场发展与生态演进等领域具有独到的见解,人称为黄小邪。

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