Dr. Daniel Summerbell – Kurucu Ortak ve CSO
Carbon Re
Çimento modern yaşam için vazgeçilmezdir. Kelimenin tam anlamıyla evlerimizin, şehirlerimizin ve altyapımızın temelini oluşturur. Aynı zamanda sanayi kaynaklı sera gazı emisyonlarının en büyük kaynağıdır. Küresel CO₂ emisyonlarının %8’ini oluşturur. Bu nedenle çimento üretiminin karbon ayak izinin azaltılması, iklim kriziyle mücadelede de büyük önem taşır.
Erken harekete geçmenin önemi
Çimento şirketleri bu zorluğun farkında olup sürdürülebilirlik için yeniliğe istekli olsalar da, birçoğu karbon azaltımında temel çözüm yolu olarak Karbon Yakalama ve Depolama (CCS) teknolojilerine yoğun şekilde güvenmektedir. Ancak, CCS’nin yaygın şekilde uygulanması 2040–2050 yıllarından önce olası görünmemektedir.
Bu yaklaşım kritik bir kavramı göz ardı etmektedir: “Karbonun zaman değeri”. Bugün saldığımız emisyonlar, gelecekte salınacak emisyonlara göre uzun vadeli küresel sıcaklıklar üzerinde daha büyük bir etkiye sahiptir. Bu da demektir ki, ısınmayı sınırlamanın en etkili yolu, emisyonları mümkün olan en erken zamanda azaltmaktır. Erken hareket sadece faydalı değil, aynı zamanda gereklidir.
Bugünkü emisyonlara etki edebilmek adına çimento şirketlerinin sahip olduğu en etkili üç kaldıraç şunlardır:
• Alternatif yakıt kullanımının artırılması;
• Çimento benzeri katkı malzemelerinin (SCM) kullanımının artırılması;
• Proses optimizasyonu
Yapay zekâ (AI) bu hedeflerin tümüne katkı sağlamak için ideal bir konumdadır. Örneğin, yapay zekâ, girdi değişkenliğinin klinker kalitesini etkilemesini önleyerek daha yüksek oranda alternatif yakıt kullanımına olanak tanır. Aynı zamanda, klinker kalitesini artırarak daha etkin SCM karışımlarına da imkân sağlar.
Yapay zekânın rolü
Sensörler ve bulut tabanlı veri kayıt sistemleri gibi dijitalleşme altyapılarının devreye alınmasıyla birlikte, tesis operatörleri verileri gerçek zamanlı olarak izleyip depolayabilmektedir. Fırın içindeki sıcaklık profilleri veya öğütme süreçlerindeki enerji tüketimi gibi değişkenler hakkında toplanan veriler, operatörlere tesisin bütüncül bir görünümünü sunmakta ve maliyetli sorunlar ortaya çıkmadan önce verimsizlikleri tespit etmeyi mümkün kılmaktadır.
Çimentonun pişirme süreci (pyroprocess), özellikle karmaşıklığı nedeniyle yapay zekâ ve AI’nin bir alt dalı olan makine öğrenimi için oldukça uygun bir alandır. Çünkü makine öğrenimi algoritmaları, verilerdeki desenleri hızla ve yüksek doğrulukla tespit edebilir. Saniyede üretilen çok sayıda veri noktasını ve birbirine bağlı karmaşık süreç sinyallerini makine öğrenimi olmadan analiz etmek, gerekli insan gücü ve çimento endüstrisindeki sınırlı sayıda eğitimli süreç mühendisi nedeniyle kısıtlı ölçüde yapılabilmektedir.
Makine öğrenimi sayesinde, bir tesisin yakıt tüketimi modellenip optimize edilerek, daha önce ulaşılamayan verimlilik seviyeleri sağlanabilir.
AI-optimizasyonlu yanmanın faydaları
Yapay zekâ optimizasyonunun temelinde yatan şey, gerçek zamanlı veriye dayalı proaktif kontroldür. İnsan uzmanlığını yapay zekânın hesaplama gücüyle birleştiren Carbon Re, fizik temelli makine öğrenimi modelleri geliştirmiştir. Bu modeller, tesis koşullarındaki tüm değişimleri sürekli olarak değerlendirir ve fırın ortamındaki değişimleri öngörerek daha verimli bir yanma için en uygun oksijen hedefini önerir.
Peki bu pratikte nasıl bir şey? Genellikle, operatörler eksik yanmayı önlemek ve daha az manuel müdahale gerektiren ‘güvenli bölgede’ çalışmak adına fanı biraz daha yüksek seviyede çalıştırır. Ancak Carbon Re’nin kapalı çevrim sistemine entegre edilmesiyle birlikte, optimal çalışma parametreleri tanımlanır ve ayar noktaları otomatik olarak güncellenir. Böylece eksik yanmanın önüne geçilir, yakıt israfı minimize edilir, özgül ısı tüketimi azaltılır ve fan gücü ile elektrik maliyetlerinden tasarruf sağlanır. Bu sayede operatörler ve proses mühendisleri, fırın kontrolünün detaylarıyla uğraşmak yerine daha katma değerli projelere odaklanabilir. Yapay zekâmızın öngörücü gücü sayesinde tesisler artık reaktif değil, proaktif bir çalışma şekline geçmektedir.
Her fırına özel olarak AI ile optimize edilmiş modeller sayesinde, operatörler alternatif yakıt kullanımını artırma ve kullanılan yakıt çeşitliliğini genişletme konusunda güvenle hareket edebilir. Modellerimiz, yakıt karışımındaki değişiklikler ve hatta donanım yükseltmeleri gibi koşul değişikliklerine adapte olur. Uzman sistemlerin aksine, modellerimiz kendini otomatik olarak yeniden eğitir. Bu nedenle onları yeniden ayarlamak için bir servis organize etmenize gerek yoktur; tesis koşulları değiştikçe doğruluğunu koruyacak şekilde tasarlanmışlardır.
Ürün kalitesi ve güvenilirliğinin artırılması
Ürün kalitesindeki tutarlılık, çimento üreticilerinin müşteri beklentilerini karşılaması açısından kritik öneme sahiptir. Dijitalleşmiş bir çimento tesisi ile operatörler, ham madde karışımını optimize etmek veya C3S gibi kalite göstergesi hedeflerini ayarlamak adına gerçek zamanlı müdahalelerde bulunabilir. Bu düzeyde bir hassasiyet, nihai ürünün istenen spesifikasyonlara sürekli olarak uymasını sağlar.
Ayrıca, yapay zekâ modellerinin entegrasyonu, beklenmedik arızalar nedeniyle yaşanan duruş sürelerini azaltmaya yardımcı olan kestirimci bakım uygulamalarını mümkün kılar. Bu da genel ekipman etkinliğinin artmasına ve bakım maliyetlerinin azalmasına katkı sağlar.
Tıkanıklık ve yakıt karışımı değişkenliği zorluklarının yönetimi
Alternatif yakıt kullanımının artmasıyla birlikte, özellikle siklonlar ve fırınlardaki birikintiler gibi yeni zorluklar da ortaya çıkmaktadır. Bu tür birikmeler hava akışını ve malzeme hareketini engelleyerek verimliliği düşürür ve potansiyel kapanmalara neden olabilir.
Carbon Re, basınç, sıcaklık ve gaz analizör sensörlerinden gelen gerçek zamanlı verileri kullanarak birikme ve diğer operasyonel anormalliklerin erken belirtilerini tespit eden yapay zekâ modelleri geliştirmiştir. Modelimiz, mevcut sistemlere kıyasla daha erken uyarılar sağlayarak olası tıkanıklıkların önlenmesi adına önceden tedbir alınmasına imkân verir ve böylece maliyetli plansız kapanmalar engellenir. Bu da daha fazla düşük karbonlu alternatif yakıt kullanımını mümkün kılar.
Carbon Re, tıkanıklık oluşmadan önce basınç da dahil olmak üzere çeşitli sensörlerdeki ani yükselmeleri yüksek çözünürlüklü verilerle tespit eder ve gerçek zamanlı koşullara göre riskin şiddetini tahmin eder. Bu tahmin, operatörlere tıkanıklık oluşumunu en aza indirmek ve plansız duruşları önlemek için operasyonel parametreleri ayarlamaları adına saatler öncesinden uyarı sağlar.
Carbon Re’nin yaklaşımı
Carbon Re, her tesisin kendine özgü verimlilik ve karbon azaltımı hedeflerine göre gelişmiş yapay zekâ tekniklerini uygulamak adına müşterileriyle yakın iş birliği içinde çalışır ve ABB Ability Expert Optimizer ve FLSmidth Cement’in ECS/ProcessExpert gibi Gelişmiş Proses Kontrol (APC) sistemleriyle doğrudan entegre olur. Her fırına özel AI ile optimize edilmiş modellerle operatörler, alternatif yakıt kullanımını güvenle artırabilir ve çeşitlendirebilir; bu da yakıt maliyetlerini ve emisyonları düşürür.
APC’yi kontrol odasındaki operatörlere yardımcı olan hassas kontrolör olarak, Carbon Re’yi ise proses mühendislerini destekleyen uyarlanabilir katman olarak tanımlıyoruz. ABB ve Carbon Re’nin birlikte uygulandığı durumlarda elde edilen sonuçlar:
• Özgül ısı tüketiminde %4–6 azalma
• Proses değişkenliğinde %60–80 azalma
• Ton başına 10–70 kg daha az CO₂ salımı
EO ve Carbon Re birlikte, daha hızlı, daha akıllı ve daha uyumlu bir çimento üretimi sağlayarak performansı önemli ölçüde artırmaktadır.
Heidelberg Materials Mokra Tesisi’nde yakıt maliyeti tasarrufu ve karbon emisyonu azaltımı
Çekya’daki Heidelberg Materials Mokra Tesisi’nde Carbon Re’nin kapalı döngü denetleyici sisteminin sonuçlarını ölçmek için bir ay açık/kapalı test gerçekleştirilmiştir. Bu süreçte tesis şunları gözlemlemiştir:
• Yakıt maliyet endeksinde %4,1 azalma;
• Klinker başına 4,5kg (~%2) yakıt kaynaklı karbon emisyonu azalımı;
• İlk ayda C3S değişkenliğinde %33 azalma.
Bu sonuçlar, Carbon Re sisteminin devrede olduğu ayın yakıt envanterlerinin, sistemin uygulanmasından önceki ayla karşılaştırılmasıyla doğrulanmıştır. Carbon Re’nin kurulmasından bu yana, tesis hedefleri mevcut %86’lık termal ikame oranının üzerine çıkarak alternatif yakıt kullanımını artıracak şekilde güncellenmiştir. Carbon Re’nin bu hedefe göre uyarlanmasıyla birlikte, alternatif yakıt kullanımı ilave %3,5 oranında artmıştır. Tesis, Carbon Re’yi kullanmaya devam etmekte ve mevcut modellere ek olarak yeni özellikleri devreye almaktadır.
Karbon azaltımına giden yol
Sonuç olarak, dijital teknolojiler çimento tesislerini dönüştürüyor ve daha sürdürülebilir bir geleceğin temelini atıyor. Çimento endüstrisi, dijitalleşme ve yapay zeka kombinasyonunu benimseyerek verimsizlik ve yüksek enerji tüketimi sorununu daha yüksek ürün kalitesi ve üretkenlik seviyelerine ulaşmak için bir fırsata dönüştürüyor.
Bugün Carbon Re, yılda 2 milyon ton üretim yapan bir tesiste yılda 30.000 tona kadar CO₂ tasarrufu sağlayarak yakıt kaynaklı karbon emisyonlarını %5’e kadar azaltmaktadır. Bu çabalar yalnızca müşterilerimizin bugünkü emisyon hedeflerine ulaşmasına yardımcı olmakla kalmıyor, aynı zamanda sektörün geleceğe hazırlanmasını da sağlıyor.
Yakıt &yatları gizli tutulduğu ve yakıt maliyetlerindeki dalgalanmalar genel maliyet etkisinin tahmin edilmesini zorlaştırdığı için, yukarıdaki göreli maliyetler kullanılarak yakıt maliyet endeksi oluşturulmuştur: RDF: %100 (baz alınan), Lastik: %120, Arıtma Çamuru: %120, Hayvansal Yem: %200, Kömür: %300, Ağır Fuel Oil (HGD): %500, Doğal Gaz: %500.
İklim değişikliğiyle mücadelede anlamlı bir etki yaratmak, süreci yavaşlatmak ve bazı durumlarda geri çevirmek için hâlâ zaman var. Çimento sektörü bu mücadelede kritik bir role sahip. İklim değişikliğiyle mücadele hem ahlaki bir zorunluluk hem de akıllıca bir iş kararıdır.
Carbon Re, çimento üretim süreçlerine derin bir anlayışa sahip proses mühendisleri ve yapay zekâ uzmanlarından oluşan hevesli ve disiplinli ekibiyle gigaton ölçeğinde karbon emisyonlarını azaltmaya kararlıdır. Ayrıca, Carbon Re’nin FLSmidth ve ABB gibi sektör liderleriyle yaptığı işbirliği, yapay zeka odaklı operasyonel tasarruflara erişimi genişleterek daha fazla çimento üreticisinin karbon emisyonlarını azaltma ve artan yakıt maliyetlerini yönetme gibi ikili zorlukların üstesinden gelmesini sağlıyor. Sektör ilerledikçe, bu gelişmiş dijital araçlardan yararlanmanın sadece iş için faydalı değil, aynı zamanda sürdürülebilir bir gelecek için de gerekli olduğu açıktır.
İleriye bakıldığında, yapay zekâ, çimento üretiminde Karbon Yakalama ve Depolama (CCS) teknolojisinin uygulanabilir hale gelmesi için temel bir unsur olacaktır. AI destekli proses optimizasyonu, baca gazı emisyonlarının istikrarlı ve kontrollü hale gelmesini sağlayarak CCS’nin teknik ve ekonomik olarak uygulanabilirliğini artıracaktır. Bu, daha sürdürülebilir ve dirençli bir çimento sektörü için kritik bir adımdır ve CCS’ye geçiş sürecini destekler.
Hangi açıdan bakarsak bakalım, yapay zekâya yatırım yapan çimento tesisleri net sıfır endüstri için kendilerini hazırlamakta ve operasyonlarını geleceğe taşımaktadır.
