Jste zde

Automatizace vs. ochrana životního prostředí

Antonín Vojáček, 23. Květen 2023 - 20:21

Je ekologie, ochrana životního prostředí a udržitelnost na překážku další automatizace průmyslu? Nebo moderní automatizační prostředky a robotizace naopak pomáhají vylepšit výrobu a služby tak, že samy o sobě současně zajistí prosperitu a kvalitní přírodní a životní podmínky? Zkusme se na to podívat z různých směrů.

Je ochrana životního prostředí překážkou nebo výzvou pro automatizaci?

Jak rozumně přistoupit k oblastem omezení znečišťování životního prostředí, procesům omezení generování nežádoucích látek a dekarbonizaci je dnes stále více skloňované téma. To se bezprostředně týká všech oblastí života, tedy i oblasti průmyslu. V tomto směru dost často na sebe narážejí dva vyhraněné tábory lidí, kde jeden by chtěl co nejvíce zachovat stávající styl práce, podnikání a života a druhý by naopak chtěl radikální změny zavést nejlépe teď hned, ať to stojí co to stojí. Rozumní lidé pak obvykle zastávají názory někde mezi těmito dvěma póly, ať již přesně uprostřed či lehce se přiklánějící jedné nebo druhé straně. A tento stav aktuálně, zdá se, začíná v EU platit i v oblasti podnikání.

Většina lidí ve vedení nejrůznějších firem a společností již tak nějak chápe, že je potřeba něco dělat pro zmírnění dopadů jejich podnikatelské činnosti na životní prostředí a množství emisí škodlivých látek, včetně CO₂, ale již to bývá problematické, pokud se začne hovořit o tom, co to bude stát, nebo že by to mělo nějakou jejich činnost výrazně omezit. Samozřejmě se nikomu nechce dřít, podstupovat rizika a různé formy odpovědnosti a přitom z toho nic nemít, tedy ekonomicky řečeno podnikat bez patřičného zisku odpovídajícímu danému riziku a námaze. Ani v přírodě žádný dravec neútočí, pokud není přesvědčen o ziskovosti jeho počínání a pokud zjistí, že jeho námaha nebo riziko zranění by bylo vyšší, než získaná odměna, obvykle útok přeruší nebo jej ani nezačíná. Nicméně i zavedení více ekologických přístupů může nakonec i z podnikatelského hlediska mít své výrazné kladné stránky, i když některé bohužel zatím spíše v dlouhodobém výhledu. Nicméně poslední rok a eskapáda s cenami energií jasně ukázal, že ten kdo sledoval svět, rozumně investoval a snažil se připravit na budoucnost, na tom nakonec ve výsledku vydělal, nebo přinejmenším neprodělal. Je potřeba snažit se minimalizovat zbytečné úkony, zanechávat po sobě co nejméně nepořádku a mít připraveny i alternativní dlouhodobé plány, i když z krátkodobého pohledu to nemusí být zcela finančně výhodné. A také možná být co nejvíce energeticky soběstačný a hlavně efektivní. Solární panely, větrníky, tepelná čerpadla, biochemické elektrárny a podobné obnovitelné zdroje energie v tomto směru nejsou špatné, ale i k nim je nutné přistupovat s kritickým myšlením a používat je jen tam, kde je to dostatečně efektivní a zároveň to neohrožuje jiné složky podnikání, běžného života či přírody samotné.

Automatizace a nové technologie pak mohou zejména v průmyslu velmi pomoci zefektivnit nejen různé činnosti, ale i zmírnit ekologické dopady výroby a služeb, což do budoucna bude patrně souviset i s výrazným ušetřením nákladů. A to nejen za různé ekologické poplatky, ale ve výsledku i díky nižší energetické spotřebě a druhotnému využívání dříve odpadních materiálů. Na druhou stranu často opakovaná mantra "technologie všechno zachrání," nemusí být zcela pravdivá. Jak nám ukazují základní fyzikální zákony, některé základní procesy prostě neobelstíme a navyšování technologické náročnosti a složitosti systémů stylem jen dodatečného záplatování nalezených děr za cenu neustálého zvyšování spotřeby energií, přírodních látek a materiálů, nakonec může dlouhodobě vyústit k dalším problémům, které aktuálně třeba ještě vůbec netušíme. Země je velmi složitý a neuvěřitelně komplexní systém s často nelineární charakteristikou chování a proto je jen velmi obtížné dopředu posoudit úplně všechny možné situace, souslednosti a návaznosti.

Zákon zachování energie

Běžně se říká, že spotřebováváme energii, kterou někde jinde vyrobíme. To ale ve světle fyzikálních zákonů není tak úplně správně definované. Základní fyzikální poučka "zákon zachování energie" říká, že energii nelze vytvořit ani zničit, lze ji jen přeměnit. Takže správně by se mělo říkat, že nespotřebováváme energii, ale že ji jen přeměňujeme. A zde nejde jen o hraní se slovy, ale celkem důležitý důsledek. Pokud totiž odněkud nějakou energii vezmeme a následně přeměníme na jinou, tak ta daná původní forma energie, kterou jsem přeměnili (nebo jak se tedy říká spotřebovali) nutně někde jinde musí chybět, přičemž nová forma přeměněné energie jako výstup či odpad naší činnosti zase bude někde přebývat oproti původnímu stavu systému. Z toho vyplývá, že prostě celkový stav systému se vždycky nějak změní.

Pokud tedy naší planetu budeme považovat v nějakém časovém úseku za plus/mínus stabilizovaný systém, kde je přísun energie na Zemi z vesmíru konstantní a stejně tak je konstantní i odchod energie ze Země do vesmíru, tak každé tzv. zvyšování spotřeby energií lidmi, tedy fakticky zvyšování množství přeměny energie ze jedné původní formy na jinou, nutně dosavadní stabilitu systému a zaběhnutý koloběh energie mění. V základním pohledu je jedno, o jakou přeměňovanou formu energie se jedná. Rozdíl je možná jen v tom, že při využívání některých forem energií již docela dobře víme, jakou budou důsledky jejích přeměn na Zemi (například přeměna energie fosilních paliv na produkování CO₂ a oteplování Země), zatímco u jiných původních zdrojů energie, jako například masivního využívání slunečné nebo větrné, to spíše netušíme. Nicméně dle zákona zachování energie stále musí platit, že energie světla i větru odebíraná a přeměňovaná na elektrickou energii, nutně musí v původním systému někde chybět (například energie světla akumulovaná v rostlinách). To je prostě fyzikální fakt. V malém měřítku přeměny to sice nemusí být nijak zjevné ani možná významné, ale ve velkém měřítku možná již ano.

Termodynamické zákony

Podobně jako nemůžeme nic udělat se zákonem zachování energie, tak podobně nic nemůžeme udělat i s dalšími tzv. termodynamickými zákony. Ty jsou sice celkem tři, ale pro maximální zjednodušení a pro další úvahy to můžeme celé zjednodušit na fakt, že energie ve formě tepla se v uzavřeném systému (tj. systému bez dodávání vnější energie) vždy přesouvá z teplejšího tělesa na těleso chladnější. To tedy znamená, že teplo automaticky proudí až to té doby, kdy jsou teploty obou těles zcela shodné. Pak přesun tepla (energie) ustane, protože systém je v rovnováze. Pokud však dodáme do systému nějakou vnější energii převzatou odjinud, tedy z jiného systému (energii nelze vytvořit), která jedno těleso opět ohřeje, tak přesun tepla opět započne. Nějaká změna ale nezapočne jen v systému, kam se energie dodala, ale nutně i v systému, odkud se energie vzala, protože tento systém, pokud byl předtím v rovnováze, se odejmutím energie také destabilizoval a tedy se v něm nutně nějaké děje také rozběhnou. Čím více energie se tedy přesouvá z jednoho systému do druhého, tím více se aktivují vlastní pochody v obou systémech, které se dané transakce účastní.

Důsledek je tedy takový, že pokud chceme všechny fyzikální systémy / energetické procesy udržet co nejvíce stabilní, ať již v rovnovážném režimu nečinnosti nebo v režimu stabilizované periodické cirkulace, je nutné minimalizovat změny přesunů energií mezi těmito systémy. V opačném případě se může stát, že původně předvídatelně stabilní chování se najednou změní v nestabilní a nepředvídatelné, například se mohou rozkmitat až zkolabovat v důsledku pozitivní zpětné vazby nebo naopak pravidelná stabilizovaná předvídatelná cyklická činnost se může zcela změnit či zastavit.

Automatizace vs. snižování spotřeby energií a odpadních látek

Z výše uvedeného by měl být patrný zajímavý důsledek, tedy že jakákoliv dlouhodobě / trvale se neustále zvyšující spotřeba energie (tedy zvyšující se množství přeměny energie), může mít nejrůznější neočekávané důsledky na stabilitu fungování systémů a procesů na planetě. Když to tedy zcela zjednoduším, tak pokud chceme lidskou činností minimalizovat vlivy na chod přírodních systémů a klima Země, tedy jejich chody ponechat co nejvíce stejné (stabilizované), je nutné alespoň již dále nenavyšovat množství používané energie a maximálně minimalizovat množství nevyužitých odpadních látek.

Jakými mechanismy toho lze dosáhnout ?

Zvyšováním účinnosti systémů -> maximalizovat spotřebu energie jen na procesy, které chceme a neprodukovat přeměny na energie, které již nepotřebujeme (odpadní energie, např. odpadní teplo).
Minimalizací zbytečné spotřeby energií -> vhodným monitorování spotřeby eliminovat zbytečné / nechtěné úniky (například zbytečné větrání, zbytečné topení, neproduktivní běh strojů, zbytečné / překonané technologické postupy apod.).
Druhotným využíváním odpadů a odpadní energie jednoho procesu v jiném procesu -> spolupráce více různých procesů (např. odpadní teplo využívat k vytápění požadovaných prostor, produkované odpadní plyny, jako například CO₂ při výrobně slínku (cementu), jímat do zásobníků a využít v nějakém jiném procesu jako přísadu.
Zvyšování kvality a trvanlivosti výrobků -> produkce menšího počtu kvalitnějších výrobků na úkor velkého množství málo kvalitních s kratší životností.

Ne vždy však může být implementace všech výše uvedených bodů okamžitě efektivní a hned rentabilní. Je nutné vždy na to jít chytře a analyzovat, zda zavedení některého opatření, které na první pohled má pozitivní účinek, nakonec neudělá více škody jinde. Například je tu často diskutované téma neustálé kompletní modernizace všech systémů. Nemusí být moc ekonomické ani ekologické vyhodit celou nebo velkou část výrobní technologie, když by ještě mohla dobře dále fungovat, jen kvůli zcela marginálnímu zvýšení její účinnosti. Někdy totiž může být ekologičtější nechat běžet i starší technologii, pokud by ekologická likvidace starších strojů a materiálů nebo výroba nových strojů zatížila životní prostředí více, než pokračující běh stávajícího systému (třeba díky použití speciálních chemických látek nebo velkého množství práce a energie). Někdy se tedy může celkově vyplatit počkat s generální modernizací / výměnou až na pozdější více inovativní technologii, kdy se to již celkově více vyplatí. Také může být daleko výhodnější stávající technologii jen vhodně doplňovat o nové prostředky a prvky tak, aby šlo stále používat původní základní části systému.

V moderní době lze v mnoha případech zlepšit efektivnost či účinnost výroby a služeb jen dílčími změnami nebo vylepšeními řídících softwarů o nové vědecké a technologické poznatky nebo provozní zkušenosti. Také může být výhodné při prvotní investici, například do nové výrobní linky, již uvažovat o budoucích možných rozšířeních a k tomu optimalizovat návrh tak, aby například byl více modulární i za cenu mírně vyšších prvotních nákladů. V budoucnu se tato investice totiž může velmi vyplatit. Navíc moderní modulární koncepty automatizace již tento směr stále více podporují - viz například články Modularizace automatizace s MTP, Modulární a decentralizovaná automatizace v praxi a Automatizace v zemědělství na polích.

Oblasti minimalizování zbytečných spotřeb se pak nemusí týkat jen samotných produkčních systémů, ale také přidružených doprovodných oblastí, které se sice na první pohled na výrobě nebo provozu dané služby přímo nepodílejí, ale ve výsledku také zvyšují náklady firmy a mohou zbytečně způsobovat nějaká znečištění prostředí. Dost často to mohou být i nevhodná a zbytečně komplikovaná řešení oblasti bezpečnosti práce (BOZP) nebo potřebné hygieny a zajištění potřeb zaměstnanců. Také to však můžou být zbytečné náklady na nevhodnou marketingovou a prezentační činnost, které také mohou skrytě zatěžovat životní prostředí. Velké množství malých energetických výdajů nebo neefektivní využívaní různých materiálů (z důvodu nevhodně nastavených postupů) může celkově generovat mnoho zbytečných finančních i ekologicky negativních důsledků, ale bez moderních technologií může být jen velmi obtížné je podchytit a vyhodnotit. V této oblasti tak automatizace monitorování a plánování může výrazně pomoci - viz například články On-line měření spotřeby pro efektivní sledování výrobních nákladů, Sledování spotřeby energií moderními způsoby nebo Roboty YASKAWA Motoman umí rekuperovat el. energii. Na druhou stranu však nemá smysl používat velké množství různých monitorovacích systémů, které by pak samy o sobě generovaly větší spotřebu a náklady než systém bez nich. Je tedy i v tomto směru dobře vybírat a zvažovat efektivnost tohoto počínání.

Rozhodně velká budoucí výzva je oblast dalšího využití nebo zachytávání a uskladňování procesních odpadních energií a látek. Z pohledu životního prostředí by bylo žádoucí, aby nic jen tak bez užitku neuniklo do ovzduší nebo přírody a tím neměnilo chod jejích systémů. A to nejen dnes stále více diskutované zachytávání CO₂. Bohužel to v mnoha případech je stále ekonomicky jen obtížně realizovatelné či zcela neúnosné, protože firmy, které to první aplikují, často mají v krátkodobém pohledu výrazně větší finanční provozní náklady a tedy jsou i méně konkurenceschopné. Sice by na tom mohly v dlouhodobém pohledu i vydělat, ale dříve by zkrachovaly. V mnoha případech je to bohužel možné řešit jen zákony, aby v tomto směru byly na všechny firmy kladeny stejné požadavky a tedy měly stejně rovné podmínky. Nebo alternativně by většina spotřebitelů musela být natolik přesvědčená o správnosti více ekologického či udržitelného přístupu, že by sami preferovali ty produkty a služby, které budou označovány za více ohleduplné k životnímu prostředí. Tento přístup však bývá spíše výjimečný. Také může pomoci větší spolupráce různých lokálních firem, kde jedna využije pro svoji výrobu či služby odpadní produkt jiné sousední firmy a tím si pomůžou navzájem.

Oblast zvyšování kvality a dlouhověkosti produktů sice na první pohled je všeobecně žádoucí a preferovaná, protože má mít schopnost řešit příliš časté vyhazování / obměny a tedy snížení zbytečné nadprodukce a spotřeby energií. Na druhou stranu to má úskalí v nedostupnosti některých kvalitnějších, ale současně dražších produktů pro některé skupiny společnosti a pak také v pomalejší technologické obnově starých produktů za vyspělejší, hospodárnější a ekologičtější. Nakonec jsou tu navíc i ekonomické požadavky vysokého trvalého růstu. Je dobré nebo špatné, že máme v ČR poměrně dost vysoké průměrné stáří automobilů? Tedy, že lidé provozují stávající vozidla co nejdéle to jde? Měli by občané i firmy rychle vyměnit i třeba zánovní spalovací auta za elektrická, nebo ne? Možná by bylo nejlepší dobře fungující spalovací auta stále používat, ale jen zkusit trošku více optimalizovat jejich provoz z pohledu jejich uživatelů (například lépe zvažovat, zda některé jízdy jsou skutečně potřeba). Podobný přístup pak je obtížný i v jiných oblastech, včetně průmyslových výrobních zařízení. V některých oblastech výroby a služeb může být efektivnější častější obměna, v jiných oblastech nikoliv.

Závěr

Na závěr bych se tedy pokusil vyjádřit můj názor na otázku položenou v úvodu tohoto článku, tedy "je ochrana životního prostředí překážkou, nebo výzvou pro automatizaci?". Dle mého názoru překážkou není a vhodná automatizace mnoha procesů za účelem většího zefektivnění využití energií, výrobních látek a prostředků a tedy i z účelem menšího množství odpadních látek, je jistě velmi žádoucí. Taktéž snadné druhotné využití odpadů z jedné výroby díky moderním automatizovaným monitorovacím a nízkoemisním přepravním systémům je také velmi potřebné. V tomto směru jistě jde o velkou výzvu pro další vývoj a automatizaci různých procesů.

Na druhou stranu by se také mělo vždy myslet i na to, že není úplně efektivní automatizovat procesy, kde přidané technologie příliš zvýší spotřebu energií a složitost systému, zvláště jestliže je i ekonomický přínos jen velmi malý. Tedy automatizovat všude tam, kde to má skutečně smysl a opravdu to zjednodušuje a zefektivňuje procesy podnikání, ale ne tam, kde to v celkovém pohledu spíše provozní stav problematizuje, nebo kde automatizace jen nahradí některý lidský úkon, přičemž ale fakticky neusnadní práci, protože se stejní lidé se jen přesunou na jinou náročnou či dokonce náročnější pozici, která z důvodu zavedení této nové automatizace vznikla.