Procesoptimalisatie: mode of must?

“Kom nou eindelijk eens uit die douche!”, “Het lijkt hier wel een sauna, zet die verwarming lager”, maar met stip op 1: “doe die deur dicht, we stoken hier niet voor de KLM!”. Die laatste had hij van mijn oma. Toegegeven, ik heb het idee dat ik steeds meer op mijn vader ben gaan lijken. Ik woon in een behoorlijk oud huis, waar je de tocht op de gang met regelmaat kunt voelen. Ik heb hoge, zware deuren, die voor een meisje van 6 niet zo eenvoudig te sluiten zijn. Maar ook ik verzoek haar telkens weer de deuren achter haar dicht te doen. Naarmate de irritatie groeit, volsta ik met “DEUR”! Vast herkenbaar voor velen, zeker in deze tijd. Door al het coronagekletter wordt ander nieuws ietwat ondergesneeuwd, maar de stijgende energieprijzen heeft iedereen wel bereikt, via de media of via het nieuwe voorschot van de energieleverancier. Redenen zijn toenemende vraag, onrustige situaties in Oost-Europa en minder aanbod. Maar niet alleen de consument ervaart de nadelen van de stijgende energieprijzen. En daar is de link gelegd naar de industrie.

 “Industrie gaat gebukt onder hoge gasprijzen”, “Bedrijven in de knel door extreem hoge energieprijs”, de kranten koppen behoorlijk raak de laatste tijd. Er is zelfs een situatie ontstaan waarbij bedrijfsdelen worden afgestoten of zelfs (tijdelijk) sluiten. Het probleem is dat de verkoopprijzen van eindproducten/halffabricaten gelijk blijven, terwijl de kosten schrikbarend toenemen (zie figuur 1).

Bron: RaboResearch, Bloomberg, Macrobond

Maar ja, industrie heeft nu eenmaal energie nodig, toch?  Daar kun je niet zo verschrikkelijk veel aan doen, toch? Of toch wel….

Ik neem u mee naar Polen, naar een stad, even ten Oosten van Krakau en niet ver van de grens met Oekraïne en Slowakije. De stad kent een grote industrie, getuige de vele grote fabrieken die binnen de grenzen gevestigd zijn. Zo ook een chemiereus, een fabrikant van chemicaliën, oxo-alcoholen, pigmenten en….kunstmest! En laat de kunstmestproductie nu net een proces zijn waarbij ontzettend veel aardgas benodigd is. Het is namelijk zo dat de korrels, die onze gewassen doen laten groeien, vervaardigd worden uit ammoniak. Ammoniak op haar beurt wordt weer gemaakt uit lucht, water (het welbekende H₂O) en aardgas (CH₄). Het totale verbruik aan aardgas wordt voor 2/3e ingezet als grondstof en 1/3e als energie om de ammoniak en meststoffen te produceren.

Bron: Siemens.com

Dit zegt allemaal nog steeds niet zoveel over de relatie met gasprijzen. Echter, wanneer ik u zeg dat wat Yara Sluiskil aan aardgas verbruikt in een uur evenveel is als 160 huishoudens in een jaar en van de totale kosten 70% gaat naar de aardgaskosten, dan wordt het waarschijnlijk wel iets tastbaarder (bron: trouw.nl).

Goed, we waren in Polen. Onze chemiereus kampt met exact díe problemen, zoals hierboven beschreven: aardgaskosten nemen een zeer groot deel uit van de totale kosten én de kosten van aardgas zijn enorm gestegen. Dit heeft hen doen besluiten het zogenaamde reformingsproces, daar waar waterstof, een van de bestandsdelen van ammoniak, wordt verkregen uit aardgas, eens goed onder de loep te nemen en te bekijken waar en hoe dit geoptimaliseerd zou kunnen worden. Doelstelling uiteraard: verlaging van waterstof en dus verlaging van aardgas. In deze productieprocessen, als ook zo bij andere industriële processen, zijn het een grote hoeveelheid parameters die het proces, het eindresultaat en dus ook de gasconsumptie bepalen. Echter, deze parameters hebben dus invloed op het eindproduct, maar ook op elkaar: een parameter kan dus een andere parameter beïnvloeden en dus ook indirect het eindresultaat. Uiteindelijk zijn dit zoveel parameters dat dit met het menselijk brein niet meer te volgen is en daarom hebben ze de hulp ingeroepen van Artificial Intelligence. Er is een “digital twin” ontwikkeld, zeg maar een exacte virtuele kopie van de werkelijkheid, waarbij modellen het mogelijk maakten de besturingsparameters te wijzigen. De “digital twin” verdeelt het proces in fasen. Elk van deze fasen heeft een input-, output en controlevariabele, die allen gemodelleerd worden door A.I. algoritmes, zeg maar algoritmes die zelfstandig kunnen redeneren en zelflerend zijn. De modellen die de beste parameters lieten zien, werden gebruikt om het uiteindelijke optimalisatiealgoritme te bouwen. Daarna werd met dit algoritme een softwareprogramma gemaakt, waarbij, gebaseerd op de invoervariabelen, de optimale controlvariabelen werden teruggestuurd. Deze optimale controlvariabelen waren uiteindelijk de sleutel tot de parametersets die het laagste gasverbruik tot gevolg hadden, maar toch de juiste kwaliteit van het eindproduct waarborgde.

Misschien een ingewikkeld verhaal, en dat is het ook. Echter, succesvolle verhalen zijn altijd ergens in uit te drukken. In doelstellingen behalen op het gebied van duurzaamheid, Maatschappelijk Verantwoord Ondernemen, innovatie of “gewoon” in geld. Allemaal van vitaal belang en allemaal haalbaar door middel van het optimaliseren van het proces. In het geval van onze casus, vond onze chemiereus het daarnaast ook zeer waardevol om “gewoon” meer kennis van het proces te krijgen. Ze begrijpen het proces nu beter en hebben hier meer vat op dan ervoor. Daarnaast zorgde het model met de geoptimaliseerde setting voor een vermindering van het gasverbruik van maar liefst 1,35%. En voor wie dat nog niet genoeg is: dit betekent een potentiële besparing van enkele miljoen euro op jaarbasis! De ROI (Return On Investment) was slechts 3,5 week!

Terugkomend op de vraag of de industrie energie nodig heeft; uiteraard! Maar met intelligente technieken is het wél mogelijk de energieconsumpties drastisch te verminderen en de greep op je proces (terug) te pakken! En dat is uiteindelijk voor iedereen gunstig; voor de industrie, voor de consument én voor de volgende generatie. Tot die tijd hoop ik dat mijn dochter netjes en braaf de deur achter zich dicht zal doen.

 Wilt u meer weten: www.reliasol.ai of mail naar Ferdinand.verstraeten@reliasol.ai.

Over de auteur:
Door jarenlange ervaring in de procesindustrie op zowel software als hardware gebied, begrijpt Ferdinand de kansen en uitdagingen voor productiebedrijven en kan hij deze vertalen naar relevante en doelgerichte oplossingen. In zijn vrije tijd tuiniert en sport hij en brengt hij graag tijd door met zijn gezin.