遠心分離機を持続可能なスピードへ

疑問と最適化の大きなタスク

GEAでの成功は決して骨の折れるものではありません。むしろ、それがやる気を起こさせるものとなっています。「私たちは効率を向上させ、資源を節約するためだけに努力しているのではありません。むしろ、それは私たちの企業DNAの一部です」とマッケルは言います。「私たちは常に、より優れた性能とより効率的な機械を目標に掲げて取り組んできました。そしてその結果、エネルギーや水の消費量はもちろんのこと、摩耗やメンテナンスも少なくなりました」

しかし、時が経つにつれて、持続可能性がより重要視されるようになりました。「そのため、私たちは関連するすべてのパラメーターを精査し、持続可能性の観点からライフサイクル全体を見渡し、設計をどのように考えるかについて新たなアプローチをとってきました」と彼は言います。

ベッカーはさらにさらに詳しく語ります。「それは常に、持続可能性とコスト効率の問題によって、今日これまで以上に特徴付けられる疑問から始まります。なぜ遠心分離機の運転にはこれほどコストがかかるのか？エネルギーを無駄にしているのはどの部分なのか？水とCIP（clean-in-place: 定置洗浄）媒体を節約できる可能性はどこにあるのか？そして、消費量を削減するための運転上および技術上の選択肢を評価します」 

これは以前と同じことの繰り返しではいけません。「以前は、新しい機械を作ろうと思えば、より大きなパワー（通常は高速化という形で）を詰め込む一方で、ボウルの直径は可能な限り小さくしていました」とマッケルは言います。「高速という形で電力が増えれば、CAPEX（資本的支出）、つまり投資コストは節約できますが、消費電力が増えれば、ランニングコスト、つまりOPEXが増えます」 

電力価格は、数年前まではほとんど問題になりませんでした。しかし、今は違います。「私たちは現在、逆の方法を考えています。ボウルの直径をより大きく設計し、マシンの動作速度を10%遅くします。これはエネルギー消費を20％削減することに相当します」と彼は言います。「それは、お客様がキロワット時に注目しているためです。これは、コストを考慮する際に特に敏感なポイントです」

これは、効率にさまざまな損失がある駆動コンセプトについても、同様です。GEAのダイレクトドライブは、これらのロスを最小限に抑えることを可能にしました。これらのコンセプトはまた、低メンテナンスで省スペースでありながら、大型モーターに対応しています。かつてエンジニアは、より高い生産性、より高い品質といった製品を重視していました。今日では、そのような要素はしばしば重きを置かれなくなっています。「私たちは、機械が耐用年数全体でどれだけのエネルギーと水を消費するかをますます重視するようになっています」とマッケルは言います。例えば、以前は制御水を7秒間加えていましたが、今は2秒間で充分です。これらをすべてを合計すると、大きな違いが生じます。

もちろん、GEA独自の製造パラメーターも重要です。ここでの目標は、直接的および間接的なエネルギーの使用をできる限り少なくし、製造における材料の消費を最小限に抑えることです。マッケルはこれを次のように考えています。「しかし、社内で節約できるものは、機械の耐用年数が20年から40年になることで、後にお客様の側で節約できるもののほんの一部に過ぎません」

機械15万台分のカーボンフットプリント

エネルギー、水、材料 ... これらの仕様は、改善プロセスの一環として正確に測定し、記録する必要があります。毎年、販売されたすべての機械、合計で約15万台のについて、この数値が決定されます。「私たちは、設置されているモーターの効率レベル、適用分野、予測稼働時間を把握しています」とマッケルは説明します。そこから、各機械が年間に消費するキロワット時数を割り出すことができます。（国や地域により異なりますが、1キロワット時で最大0.9kgのCO2が発生します） 

もちろん、すべての電気が同じというわけではありません。水力発電や風力発電によるグリーン電力を使用するお客様は、化石燃料を使用するお客様とは貸借対照表が大きく異なることになります。機械自体も、個々の部品まで遡ってリサイクルすることができます。「私たちは、循環型経済の考え方に沿って、廃棄物ではなく原材料の観点から、考えています」とマッケルは付け加えます。「セパレーターの大きなボウルは、最長で30年間稼働させることができます。機械の耐用年数が終了すると、溶融して、再び工程に投入します」

何も無駄にしないこと、それが目標です

水は世界で最も貴重な資源のひとつであり、遠心分離機の運転にも必要です。ほとんどの水は、冷却水（モーター用と製品の摩擦熱からの冷却と保護用）、または排出プロセスの制御水として消費されます。遠心分離機は頻繁に、時には2～3分ごとに排出されるため、多くの水を節約することができます。以前は制御水を7秒間加えていましたが、今では2秒間で充分です。1秒間の制御水は約1リットルの水に相当します」とユルゲン・マッケルは述べています。「また、20℃から40℃に温められた冷却水を、他の工程でどのように利用できるか、現在解決策を探っているところです。これは平均して1時間あたり150リットル以上あります。この水は以前は下水に流れ込んでいましたが、今では手洗いに使われており、また、閉鎖系システムなので飲んでも安全です」

遠心分離機のエネルギー消費量も同様に重要です。ここでは2つの省エネコンセプトが開発されています。それはEngySpeedとEngyVacで、EngySpeedは、より大きな直径とより低い速度を持つセパレーターを指し、EngyVacはボウルとフードの間の真空を指します。機械が小型で回転が速くても、また、機械が大型で回転が遅くても、EngySpeedの浄化面積、処理能力、分離効率は変わりません。「速度は直径よりも摩擦に大きな影響を与えます」とマッケルは説明します。「したがって、エネルギーを節約するために試行錯誤の結果得られた手段は、小型高速機の4分の1の速度に下げることです」 

しかし、ボウルの口径が大きくなると、どの程度で省エネ効果が得られるのでしょうか？酪農セクターの典型的な例では、年間平均稼働時間6,000時間、処理能力25,000 l/h、推定電力価格30 ct/kWhの場合、大型システムは省エネにより、2.6年で収益を上げます。「真空マシンに対する大きな利点のひとつは、追加の動力ユニットが必要ないことです」とベッカーは言います。「言い換えれば、お客様は標準的な機械と、小型の機械と同程度のコストで大型機械のサービスコンセプトを手に入れることができるのです」EngySpeedを搭載した大型機械は、よりゆっくりと回転するため、特定のアセンブリのメンテナンス間隔が長くなります。これは、生乳を納入する契約上の義務がある酪農事業において特に重要です。

EngyVacは通常、最大の製品シリーズや、回転数を下げることが選択肢とならない高出力範囲の遠心分離機に導入されています。ここでは、持続可能な機器に投資する際、償却はしばしば決定的な要因ではありません。むしろ、省エネルギーや持続可能性目標を達成するための規制要件への適合が、より大きな役割を果たすことが多いのです。

CIP – 改善の可能性を秘めた二次的な役割

もう一つのアイデアは、洗浄媒体であるCIP液を浄化セパレーターで浄化し、固形物を除去することで、洗浄媒体を再び使用できるようにすることです。プロダクトマネージャーは経験から次のようなことを心得ています。「特に酪農分野では、毎日何十トンものCIP液を単に捨てているケースがあります」とベッカーは言います。GEA CIPClean Separatorは環境への影響を減らし、水の消費量を削減し、新鮮なCIP液の処理に必要なエネルギーを削減します。リサイクルされたCIPは余熱を維持します。

スピードとその他の可変パラメーターの威力

ある時点で、設計者は限界に達します。そこで、InsightPartner Separationのようなインテリジェントな自動化ソリューションが活躍します。「自動化は節約のための新しい鍵です。必要なときに、完璧なパフォーマンスを発揮します」とベッカーは言います。「そして、最大限の稼働時間で予測計算を行う積極的なサービスです」

遠心分離機の制御に役立つデータ収集センサーも興味深くなりつつあります。「私たちはまた、設計に関して何が実現可能かという点で新しい境地を開拓するのが好きで、それがGEAでの仕事をとてもエキサイティングなものにしています」とベッカーは言います。「130年以上にわたり、私たちは遠心分離機を再考してきました。そして今後130年間にも、そうし続けるでしょう。そして、私たちの好奇心は尽きることがないでしょう」

言うまでもないことですが、GEAでは偶然に任されるものはひとつもありません。「GEAのイノベーションマネジメントは、イノベーションコミュニティも育成しています」とマッケルは言います。「イノベーションに貢献することは、従業員一人ひとりの義務であり、それは楽しいことであり、そうあるべきなのです」