Các doanh nghiệp đi tiên phong trong ứng dụng công nghiệp 4.0 (Industrial Internet of Things – IIoT) vào sản xuất đang nhận thấy những ảnh hưởng rất tích cực đến lợi nhuận và khí hậu. 

“Cách mạng” IIoT khởi nguồn từ ngành khai khoáng

Sự gián đoạn trong năm qua buộc các doanh nghiệp phải rà soát một cách nghiêm túc mọi khía cạnh của chuỗi cung ứng. Trước tiên phải bắt đầu từ hoạt động khai thác – nguồn gốc của mọi thành phần cấu tạo nên sản phẩm và quá trình. Những lo ngại về sự nóng lên toàn cầu càng đòi hỏi cẩn trọng hơn trong quá trình khai thác, bởi hoạt động này chiếm tới 2 – 3% mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu.

Một báo cáo của Ngân hàng Thế giới dự đoán rằng sự phát triển nhanh chóng của pin và hệ thống năng lượng xanh có thể làm tăng 500% nhu cầu về than chì, lithium và coban vào năm 2050.

Suốt 1.000 năm qua, hoạt động khai thác phần lớn không hiệu quả, chủ yếu sử dụng cuốc xẻng và chất nổ. Sau khi vận chuyển đến điểm sử dụng, lớp đất đá, bùn nhão phủ trên thân quặng được bóc và đổ đi. Kiểu khai thác này không chỉ gây ô nhiễm nguồn nước mà còn tạo ra những vết sẹo lớn cho cảnh quan và hình thái môi trường.

Thậm chí tệ hơn, khi những mạch quặng dễ khai thác ở gần bề mặt đã cạn kiệt dần, người ta phải khoan sâu xuống hay di chuyển đến những khu vực xa xôi, làm tăng gánh nặng chi phí lẫn môi trường.

Do đó, chẳng có gì đáng ngạc nhiên khi các doanh nghiệp khai thác đã đi đầu trong việc áp dụng IIoT và cải tiến kỹ thuật số vào hoạt động khai thác để giảm thiểu thiệt hại đến môi trường, đồng thời cải thiện lợi nhuận và nâng cao hiệu quả hoạt động.

Tomra, công ty Na-uy chuyên sản xuất máy tái chế hộp đựng đồ uống, đã ứng dụng cảm biến giúp xác định thùng chứa của từng nhãn hàng và phân loại chúng. Đây có thể được coi là nền tảng cho những cải tiến trong việc khai thác dựa trên IIoT. Cảm biến có thể tách các loại quặng ra khỏi bùn đá ngay tại mỏ, tiết kiệm được chi phí vận chuyển những vật liệu vô giá trị đến điểm sử dụng, đồng thời tránh xử lý chất thải ở những điểm không phù hợp.

IIoT nhận diện vật liệu – từ kim cương đến đá vôi

Tia X, laser, cận hồng ngoại và một số loại cảm biến khác nhận diện được từng loại vật liệu khác nhau dựa trên các yếu tố cơ bản như mật độ nguyên tử và độ dẫn điện. Sau đó, áp suất không khí từ vòi phun cao cấp sẽ tách vật liệu có giá trị ra khỏi quặng thô.

Tại nhà máy Wa’ad Al Shamal ở Ả Rập Xê Út, thiết bị phân loại Tomra đã tách phosphate ra khỏi chert, một sản phẩm phụ không mong muốn. Quá trình khai thác thông thường có thể gây hao mòn cơ học và đem lại hiệu quả năng lượng thấp. Ngược lại, cảm biến Tomra sử dụng giúp giảm 45% nhu cầu tách nước, đồng thời thu hồi được lượng lớn phosphate trị giá hàng triệu USD – vốn trước giờ bị bỏ phí trong những đống bùn đất.

Nhìn chung, máy phân loại Tomra đã giảm lượng khí thải CO₂ toàn cầu xuống còn 155.607.375 tấn vào năm 2020.

Bảo trì 0 đồng nhờ IIoT

Công ty Baker Hughes (Hoa Kỳ) cho rằng bảo trì 0 đồng là chìa khóa bảo vệ môi trường, cũng như giảm chi phí vận hành hoạt động khai thác: “Các lĩnh vực như tiết kiệm chi phí bảo trì phương tiện và giảm tần suất dừng hoạt động ngoài kế hoạch, đã chín muồi cho tiến trình đổi mới ngành khai thác hôm nay, nhằm đáp ứng nhu cầu của tương lai. Các phương pháp tiên tiến tiếp cận bảo trì tiên đoán đáp ứng tốt nhu cầu này”. 

Baker Hughes giải thích vì sao cần áp dụng bảo trì tiên đoán tích hợp công nghệ internet vạn vật (IoT):

  • Hiệu suất hoạt động trung bình là 70%, khó cao hơn do sự cố và đình trệ
  • 30 – 50% chi phí vận hành được chi cho duy trì nhà máy, đội xe và thiết bị
  • Bảo trì ngoài kế hoạch gây tốn kém gấp 3 – 5 lần so với bảo trì theo kế hoạch
IIoT, khai khoáng
IIoT hỗ trợ ngành khai khoáng tối ưu hóa hiệu suất vận hành và giảm thiểu ô nhiễm.

Sách trắng của Baker Hughes trích dẫn một nghiên cứu của PwC giải thích làm cách nào mà bảo trì tiên đoán giúp cắt giảm 14% chi phí bảo trì, tương đương 8 triệu USD, cho quá trình vận hành tại một mỏ quặng. Một hệ thống giám sát tình trạng theo thời gian thực được lắp đặt trên các thiết bị quan trọng, giúp hạn chế tình trạng tắt máy ngoài kế hoạch và nhiều lỗi nghiêm trọng khác, đồng thời tăng tính khả dụng của thiết bị.

Tất cả những yếu tố này cũng góp phần làm giảm tác động xấu tới môi trường.

Một công trình lắp đặt khác của Baker Hughes tập trung vào trạm bơm khai thác mỏ, vốn phải tốn 97% chi phí bảo trì ngoài kế hoạch cho các máy bơm. Nhờ lắp thêm cảm biến giám sát máy bơm, kết hợp với hệ thống phân tích thời gian thực, nhà máy khai thác đã tiết kiệm được 3 triệu USD chi phí bảo trì máy bơm trong một năm.

RioTinto – công ty khai thác đứng thứ ba thế giới về doanh thu, nổi bật với cam kết giảm thiểu tối đa tác động môi trường mà vẫn cải thiện lợi nhuận. RioTinto đã rất nỗ lực để tạo ra một chiến lược bền vững tích hợp vào năm 2018.

“Dựa trên chiến lược này, chúng tôi cam kết áp dụng các tiêu chuẩn cao, thường vượt xa các yêu cầu pháp lý, về các vấn đề bền vững. Mục tiêu của chúng tôi là đạt được hiệu quả hài hòa về mặt chất lượng, xã hội và môi trường trong suốt quá trình hoạt động, đồng thời nâng cao nhận thức của các bên liên quan về cách thức hoạt động của công ty một cách công khai và minh bạch.

Chúng tôi ủng hộ chương trình phát triển năm 2030 và đóng góp cho các mục tiêu phát triển bền vững của Liên Hơp quốc.”

RioTinto là công ty khai thác duy nhất không còn sản xuất nhiên liệu hóa thạch, đồng thời cũng đưa mức bồi thường vận hành vào quá trình hoạt động, để hướng đến các mục tiêu bền vững. Mục tiêu tổng thể của họ là cắt giảm 15% lượng khí thải tuyệt đối và 30% cường độ phát thải vào năm 2030 – so với năm cơ sở 2018 – tương đương mức giảm 45% lượng khí thải tuyệt đối so với năm 2010.

Mục tiêu này cũng phù hợp với định hướng giảm mức độ nóng lên toàn cầu xuống 1,5°C của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC). Công ty cam kết chi 1 tỷ USD cho các dự án liên quan đến khí hậu từ năm 2020 – 2024. Mục tiêu dài hạn của công ty là lượng phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050.

Vận chuyển quặng là hoạt động cốt lõi của Rio Tinto. Hệ thống tàu chuyên chở hạng nặng hoàn toàn tự động mang tên AutoHaul của họ đã đi được chặng đường hơn 7 triệu km. Hiện tại công ty cũng đang mở rộng thêm hệ thống vận chuyển tự động cho 130 xe tải dùng trong khai thác quặng sắt, đảm bảo an toàn cho công nhân và tiết kiệm chi phí vận hành.

Hệ thống này được điều khiển bằng một bộ điều khiển trung tâm, sử dụng GPS cài đặt sẵn. Để số hóa hoạt động của công ty, họ sử dụng RTVis – một công cụ trực quan hóa dữ liệu 3D tích hợp kỹ thuật địa chất, hoạt động khoan và phá nổ, dữ liệu sản xuất và kế hoạch, trực quan hóa cả tính năng bề mặt và bên dưới. Công cụ này sử dụng một phần mềm game 3D để theo dõi tình trạng vận hành.

RTVis có thể bay ngang qua một khu vực bất kỳ và thu thập những thông tin cần thiết. Nó cũng có thể bay lơ lửng trên máy đào, theo dõi xe tải chở hàng hoặc thăm dò mỏ quặng”. Nhờ IIoT, việc khoan và nổ mìn được chính xác hơn. Tương tự như hệ thống Tomra, công cụ này giúp phân loại chất thải tốt hơn, vì vậy các xe tải chở được nhiều quặng hơn thay vì bùn đá. Họ cũng sử dụng một công cụ IoT lớn khác, còn gọi là cặp song sinh kỹ thuật số.

RioTinto cũng đang khắc phục thiệt hại từ các hoạt động khai thác trong quá khứ. Đáng chú ý là dự án mỏ đồng Kennecott ở Utah, nhằm tái tạo những đống đá thải cao tới 61 mét hay cả trăm năm tuổi.

Dự án hợp tác với khoa Khoa học Thực vật và Động vật hoang dã của trường Đại học Brigham Young cũng bao gồm cả mục tiêu trồng lại những loài cây từ 120 năm trước, thông qua công nghệ bọc hạt giống để kéo dài thời gian bảo vệ hạt khỏi sâu bệnh và đảm bảo tỷ lệ nẩy mầm, giảm cỏ dại xâm lấn trên đá, hay tiếp cận từ xa những khu vực heo hút nhất – nơi quá trình tái sinh đang diễn ra một cách tự nhiên.

Khâu cuối cùng của chuỗi cung ứng – xử lý rác thải – cũng tiến một bước mới nhờ IIoT. Công nghệ Depolymer hóa nhựa giúp rác thải được tái chế hoàn toàn, với sản phẩm là nhựa nguyên sinh. Quá trình Depolymer hóa này không tạo ra nước thải và khí thải nằm ở ngưỡng rất thấp. 

Hiện nay, vẫn còn không ít công ty hoạt động khai thác thô sơ, gây ô nhiễm môi trường, đẩy nhanh tiến trình biến đổi khí hậu và nóng lên toàn cầu. Tuy nhiên, những ví dụ trên cho thấy các công ty khai thác có thể ứng dụng IIoT và các công nghệ kỹ thuật số khác, để vừa tăng lợi nhuận, hiệu quả, vừa giảm thiểu tác động sinh thái.

Tuyết Anh

Theo Industry Week

 

Có thể bạn quan tâm:

Nền tảng đám mây chắp cánh cho ngành sản xuất bay vào kỷ nguyên mới

Chuyển đổi số không còn là tùy chọn