Как Aiche поддерживает переход к экологически чистым и возобновляемым химическим процессам

Как AIChE способствует переходу на экологически чистые и возобновляемые химические процессы

Американский институт инженеров-химиков (AIChE) стоит на пересечении химических инноваций и экологического управления. Поскольку отрасли по всему миру ускоряют свой переход к устойчивому производству, AIChE обеспечивает лидерство, технические ресурсы и совместные сети, которые делают этот переход возможным. От новаторских исследований до обучения рабочей силы, организация оснащает инженеров-химиков инструментами, необходимыми для перепроектирования процессов для низкоуглеродного будущего.

Основополагающая приверженность AIChE устойчивому развитию

AIChE встроила устойчивость в свою основную миссию, признавая, что инженеры-химики несут уникальную ответственность за экологический след промышленных процессов. Организация призывает своих членов интегрировать устойчивость на каждом этапе проектирования процесса, от выбора сырья до управления продуктами с истекшим сроком службы.

Это обязательство проявляется в конкретных целях: сокращение выбросов парниковых газов, ликвидация потоков опасных отходов и замена исходного сырья, полученного из ископаемых, возобновляемыми альтернативами. Рамочная программа устойчивости AIChE призывает инженеров применять такие показатели, как 12 Принципы зеленой химии и Модель круговой экономики к их повседневной работе.

Институт также предоставляет руководство по учету углерода, оптимизации энергопотребления и управлению водными ресурсами, позволяя инженерам количественно оценивать их воздействие на окружающую среду и определять возможности для улучшения. Например, методы интенсификации процессов, которые уменьшают использование растворителей или потребление энергии, непосредственно соответствуют руководящим принципам устойчивого развития AIChE.

Финансирование и ускорение исследований в области зеленой химии

AIChE инвестирует значительные средства в исследовательские инициативы, которые расширяют границы зеленой химии и возобновляемых источников энергии. Журнал AIChE Chemical Engineering Progress (CEP) регулярно публикует рецензируемые исследования по новым технологиям, в то время как на ежегодном собрании организации проводятся специальные сессии по устойчивому развитию процессов.

Одним из наиболее эффективных направлений исследований является улавливание, использование и хранение углерода (CCUS) . AIChE поддерживает проекты, которые превращают улавливаемый CO2 в ценные продукты, такие как синтетическое топливо, строительные материалы и химические вещества, которые в противном случае были бы получены из нефти.

AIChE также выступает за исследования химических веществ и материалов на основе биопрепаратов . Это включает в себя разработку путей ферментации для производства мономеров, растворителей и полимеров из кукурузы, сахарного тростника, водорослей и сельскохозяйственных остатков. В фокусной области организации Био-катализ и метаболическая инженерия объединяет исследователей, работающих над ферментативными процессами, которые заменяют энергоемкие химические реакции.

Кроме того, Институт устойчивости AIChE (I4S) служит специализированным центром для продвижения этих исследовательских программ. I4S собирает экспертов из научных кругов, национальных лабораторий и промышленности для решения грандиозных задач, таких как проектирование химических процессов, которые работают при температуре и давлении окружающей среды, резко сокращая затраты энергии.

Для инженеров, стремящихся к более глубокому погружению, AIChE предлагает специализированные конференции, такие как саммит по устойчивому развитию AIChE, который освещает прорывы в области возобновляемого водорода, электрификации химических процессов и устойчивого авиационного топлива. Эти встречи стимулируют сотрудничество между дисциплинами и ускоряют перенос открытий лабораторного масштаба в коммерческие приложения.

Образовательные программы, которые создают зеленую инженерную компетенцию

AIChE признает, что квалифицированная рабочая сила необходима для масштабирования зеленых химических процессов. Организация предоставляет полный набор образовательных ресурсов, ориентированных на всех, от студентов до опытных специалистов.

Онлайн-курсы и вебинары

Платформа электронного обучения AIChE предлагает более 200 курсов, многие из которых сосредоточены конкретно на темах устойчивости. Инженеры могут изучить методологии оценки жизненного цикла (LCA) для оценки воздействия их процессов на окружающую среду от колыбели до могилы. Другие курсы охватывают Выбор возобновляемых кормовых запасов , Проектирование зеленых процессов и Эффективность использования энергии на химических заводах .

Каждый курс разработан экспертами по предметам и включает в себя практические исследования в реальном мире. Например, модуль по выбору растворителей учит инженеров заменять традиционные органические растворители более экологичными альтернативами, такими как сверхкритические CO2 или ионные жидкости, поддерживаемые инструментами моделирования растворимости.

Семинары и практические занятия

AIChE проводит личные и виртуальные семинары, где участники решают актуальные промышленные проблемы. Последние семинары были сосредоточены на расширении электрохимического синтеза аммиака в качестве безуглеродного удобрения и разработке биоперерабатывающих заводов, которые производят несколько продуктов из биомассы.

Эти интерактивные сессии позволяют участникам применять показатели устойчивости к своим собственным проектам и получать обратную связь от преподавателей и коллег. Участники уходят с практическими стратегиями, которые они могут немедленно реализовать на своих рабочих местах.

Сертификационные программы

Сертификация безопасности технологических процессов химической инженерии AIChE и AIChE Sustainability Certificate for Chemical Engineers являются одними из наиболее уважаемых профессиональных сертификатов в этой области.

Получение этой сертификации сигнализирует работодателям и клиентам о том, что инженер обладает опытом для руководства инициативами в области устойчивого развития. Многие компании в настоящее время активно ищут сертифицированных специалистов AIChE при создании своих команд по зеленой химии.

Ресурсы для студентов и инженеров-раннекарьеристов

Программа AIChE K-12 Outreach Program знакомит молодых студентов с концепциями возобновляемой энергии и устойчивого производства посредством практических экспериментов. Для студентов колледжей и аспирантов организация предлагает студенческие конкурсы дизайна , ориентированные на устойчивость. Недавние проблемы поставили перед командами задачу разработки процесса производства полиуретана с нулевыми отходами и углерод-отрицательной водородной установки с использованием биогаза.

Эти конкурсы не только развивают технические навыки, но и способствуют творчеству и сотрудничеству. Победители часто получают финансирование для патентования своих проектов или пилотирования своих концепций в университетских лабораториях.

Сотрудничество, формирующее политику и отраслевые стандарты

AIChE понимает, что системные изменения требуют сотрудничества между секторами. Организация активно взаимодействует с государственными учреждениями, академическими учреждениями и корпоративными партнерами для создания благоприятных условий для зеленой химии.

Государственные партнерства

AIChE тесно сотрудничает с Министерством энергетики США (DOE) , особенно в рамках инициативы Earthshot Initiatives, целью которой является снижение стоимости технологий чистой энергии. Через свой RAPID Manufacturing Institute AIChE сотрудничает с DOE по модульной интенсификации процессов, что позволяет меньшим, более эффективным химическим установкам, работающим на возобновляемой электроэнергии.

Институт также служит техническим советником для программ Агентства по охране окружающей среды (EPA) , таких как Safer Choice и Green Chemistry Challenge. Инженеры AIChE помогают оценить, какие химические инновации соответствуют критериям признания EPA и которые должны быть приоритетными для нормативных стимулов.

Академические альянсы

AIChE сотрудничает с десятками университетов по всему миру для включения устойчивости в учебные программы химической инженерии. Отдел образования AIChE разрабатывает учебные материалы открытого доступа, включая тематические исследования по промышленному симбиозу и интеграции возобновляемых источников энергии. Профессора в партнерских учреждениях используют эти материалы для обновления своих курсов, гарантируя, что выпускники прибудут на работу, уже знакомую с дизайном зеленых процессов.

Научно-исследовательское сотрудничество между AIChE и академическими лабораториями часто приводит к запатентованным технологиям, которые лицензируются стартапам и установленным компаниям. Например, исследования, поддерживаемые AIChE в Калифорнийском университете в Беркли, привели к новой мембранной технологии для энергоэффективной очистки биотоплива.

Консорциум промышленности

AIChE созывает лидеров отрасли через такие форумы, как Совет по устойчивому развитию AIChE. Члены включают в себя главных должностных лиц по устойчивому развитию из крупных химических, фармацевтических и энергетических компаний. Эти руководители делятся передовым опытом, выявляют общие барьеры и коллективно выступают за политику, способствующую возобновляемым процессам.

Одним из заметных результатов стала разработка инициативы Вместе для устойчивого развития (TfS) , набора стандартов аудита, которые помогают химическим компаниям оценивать экологические и социальные показатели своих цепочек поставок.

Инструменты и метрики для измерения прогресса в области устойчивого развития

Одним из наиболее ценных вкладов AIChE является разработка стандартизированных инструментов, которые позволяют инженерам-химикам количественно оценивать устойчивость своих процессов. Без надежных показателей улучшения являются скорее эпизодическими, чем систематическими.

Индекс устойчивости AIChE обеспечивает основу для оценки предприятий и компаний по семи измерениям: воздействие на окружающую среду, энергоэффективность, эффективность материалов, водопользование, безопасность, социальная ответственность и инновации. Инженеры могут использовать этот индекс для сравнения своих операций с отраслевыми аналогами и отслеживания улучшений с течением времени.

AIChE также поддерживает инструмент экономической и экологической оценки процесса (PEEAT), который интегрирует анализ жизненного цикла с экономическим моделированием. PEEAT позволяет инженерам сравнивать различные технологические маршруты для производства одного и того же химического вещества, взвешивая такие факторы, как капитальные затраты, эксплуатационные расходы, выбросы CO2 и потребление воды.

Для оценки жизненного цикла, в частности, AIChE предлагает инструмент согласования LCA, который собирает данные из тысяч исследований и предоставляет статистически надежные оценки воздействия на окружающую среду обычных химических веществ. Этот инструмент помогает инженерам избежать трудоемкого процесса создания моделей LCA с нуля и обеспечивает методологическую согласованность в проектах.

Эти инструменты свободно доступны для членов AIChE и ежегодно обновляются, чтобы отразить последние данные о факторах выбросов, затратах на возобновляемые источники энергии и показателях рециркуляции. Предоставляя объективные, прозрачные показатели, AIChE помогает компаниям принимать основанные на фактических данных решения о том, какие зеленые технологии следует принимать.

Влияние на промышленность и путь вперед

Многогранный подход AIChE — финансирование исследований, образование, сотрудничество и разработка инструментов — уже дает измеримые результаты. За последнее десятилетие компании-члены сообщили о значительном сокращении выбросов ПГ на единицу продукции, увеличении использования возобновляемых источников сырья и более высоких показателях переработки для химической упаковки.

Рассмотрим сектор возобновляемого метанола . Исследования и межсекторальное сотрудничество, поддерживаемые AIChE, помогли увеличить производство метанола из захваченного CO2 и зеленого водорода. Сегодня крупные судоходные компании используют возобновляемый метанол в качестве морского топлива , и несколько химических заводов перешли на это сырье для производства формальдегида и уксусной кислоты. То, что началось как лабораторное любопытство, теперь является коммерчески жизнеспособной альтернативой, отчасти благодаря институциональным лесам, предоставленным AIChE.

Другой пример — био-базированная янтарная кислота . Через Институт устойчивости AIChE исследователи и производители сотрудничали для оптимизации условий ферментации и очистки ниже по течению, снижая стоимость этого возобновляемого строительного блока. Сегодня янтарная кислота, полученная из кукурузы и другой биомассы, конкурирует друг с другом с версиями, полученными из нефти, в приложениях, начиная от полиуретановых пенопластов до биоразлагаемых пластмасс.

Заглядывая вперед, AIChE определила пять приоритетных областей на следующее десятилетие:

  1. Электрификация химических процессов: Замена печей, работающих на природном газе, на реакторы с электрическим нагревом, работающие на возобновляемых источниках энергии.
  2. Экономика круглого пластика: Развитие технологий химической рециркуляции, которые расщепляют смешанные пластиковые отходы на мономеры для реполимеризации.
  3. Производство зеленого водорода: Масштабирование электролиза и биологического производства водорода для вытеснения серого водорода из парового метанового реформирования.
  4. Биопроизводство: Инженерные микроорганизмы для производства высокоценных химических веществ, ароматизаторов, ароматизаторов и фармацевтических препаратов из возобновляемых сахаров.
  5. Цифровизация для устойчивого развития: Использование ИИ, машинного обучения и цифровых двойников для оптимизации энергоэффективности процесса и минимизации отходов в режиме реального времени.

Каждая приоритетная область включает в себя выделенные конференционные треки, финансируемые исследовательские предложения и программы развития рабочей силы. AIChE также инвестирует в устойчивое управление цепочками поставок [FLT: 2], признавая, что даже самый зеленый процесс должен учитывать выбросы вверх и вниз по течению.

Видение - химическая промышленность, где возобновляемое сырье является стандартом, энергия поступает полностью из чистых источников, а отходы с самого начала проектируются из системы. AIChE предусматривает будущее, где зеленые и возобновляемые процессы являются стандартной практикой, не только снижая воздействие на окружающую среду, но и способствуя экономическому росту. Это тесно согласуется с целью устойчивого развития ООН 12 [FLT: 1]] по ответственному потреблению и производству.

Как инженеры могут участвовать в инициативах AIChE по зеленой химии

Для инженеров-химиков и других специалистов, стремящихся участвовать в этом переходе, AIChE предлагает несколько точек входа. Становление членом обеспечивает немедленный доступ к инструментам устойчивости, вебинарам и сети из тысяч инженеров, работающих над аналогичными задачами.

Инженеры могут добровольно участвовать в технических комитетах AIChE, ориентированных на устойчивость, возобновляемую энергию или экологическую инженерию. Члены комитета формируют направление инициатив AIChE, рассматривают заявки на гранты и вносят свой вклад в позиционные документы, которые влияют на решения регулирующих органов.

Специалисты отрасли также могут представить свои собственные тематические исследования для публикации в CEP или презентации на ежегодном собрании. AIChE приветствует примеры успешных реализаций зеленой химии, от мелкосерийного фармацевтического синтеза до крупномасштабного товарного химического производства. Обмен этими историями помогает создать хранилище проверенных подходов, которые могут принять другие.

Наконец, компании могут стать корпоративными членами AIChE, получая доступ к специализированным программам обучения и участвуя в отраслевых консорциумах, которые формируют стандарты. Корпоративное членство также обеспечивает ранний доступ к результатам исследований и набору кадров для талантов, обученных в области устойчивого проектирования.

AIChE предоставляет всеобъемлющую платформу для всех, кто стремится к продвижению зеленой химии и возобновляемых химических процессов. Благодаря своим ресурсам, возможностям сотрудничества и целенаправленной работе, институт дает возможность инженерам-химикам превратить обещание устойчивой химической промышленности в повседневную операционную реальность. Поскольку мир продолжает уделять приоритетное внимание декарбонизации и эффективности использования ресурсов, роль AIChE как катализатора изменений будет только возрастать.