آینده صنعت شیمیایی

آینده صنعت شیمیایی

آینده صنعت شیمیایی و هوش مصنوعی موضوع داغی است، بنابراین جای تعجب نیست که انتظار اتوماسیون و ادغام هوش مصنوعی بیشتری در تولید مواد شیمیایی داشته باشیم.

در حال حاضر، بخش بزرگی از فرآیند تولید مواد شیمیایی خودکار است. همراه با این، این فرآیند مقرون به صرفه تر، کارآمدتر و دوستدار محیط زیست می شود. تولید مواد شیمیایی پایدار، مطمئناً یکی از اهداف بلندمدت و شیوه‌های استاندارد در صنایع شیمیایی است.

به خواندن ادامه دهید تا دریابید آینده صنعت شیمیایی چیست.

تولیدات شیمیایی مدرن

اگرچه همپوشانی های زیادی وجود دارد، تولیدات شیمیایی در حال حاضر به طور کلی به شش دسته اصلی تقسیم می شود:

مواد شیمیایی کشاورزی : اینها شامل مواد شیمیایی مانند کودها، حشره کش ها، علف کش ها، قارچ کش ها، آنتی بیوتیک ها و هورمون های رشد گیاهی است. روش مدرن تولید این مواد شیمیایی بر استفاده از کاتالیزورها و دما و فشار بالا مانند فرآیند هابر متکی است.
مواد شیمیایی پایه : همچنین به عنوان مواد شیمیایی کالای اساسی شناخته می شوند، مواد شیمیایی اساسی معمولاً به صورت عمده تولید می شوند و به سایر تولید کنندگان مواد شیمیایی فروخته می شوند. آنها عمدتا به عنوان پیش سازها، مواد تشکیل دهنده و به عنوان معرف استفاده می شوند. نمونه هایی از مواد شیمیایی اساسی عبارتند از: اسید سولفوریک، اسید نیتریک و کلر.
پتروشیمی ها : اینها عمدتاً سوخت های فسیلی هستند که ما در وسایل نقلیه و برای تولید برق استفاده می کنیم. صنعت پتروشیمی بر پالایش نفت خام (نفت خام) به سوخت‌های مفید و پاک‌تر با نرخ اکتان بالاتر مانند بنزین و گازوئیل متمرکز است. فرآیند پالایش نفت خام عمدتاً تقطیر است.

مواد شیمیایی ویژه : بر خلاف مواد شیمیایی اساسی، مواد شیمیایی ویژه در حجم بسیار کمتری تولید می شوند. آنها به دلیل فرآیندهای پیچیده تری که طی می کنند، ارزش افزوده دارند، اما هنوز محصولات نهایی نیستند و سایر شرکت ها باید آنها را بیشتر پردازش کنند. آنها در طیف گسترده ای از محصولات مانند پلیمرهای پیشرفته، چسب ها و رنگ ها استفاده می شوند.
محصولات مصرفی: اینها محصولات نهایی هستند که قرار است توسط کاربران نهایی، یعنی مصرف کنندگان یا عموم مردم استفاده شوند. آنها قرار نیست توسط سایر شرکت ها یا صنایع برای تولید محصولات دیگر استفاده شوند. محصولات مصرفی شامل لوازم آرایشی، بطری های پلاستیکی، نوشیدنی ها، صابون ها، مواد شوینده و مواد غذایی فرآوری شده است. برای تولید این محصولات از مواد شیمیایی اولیه و مواد شیمیایی ویژه استفاده می شود. فرآیند اصلی مورد استفاده، اصلاحات/واکنش‌های مواد شیمیایی ویژه و پایه برای سنتز مواد شیمیایی جدید است.
داروها : اینها همچنین برای استفاده یا مصرف عموم مردم هستند. با این حال، برخی از محصولات دارویی نیز در آزمایشگاه ها برای تحقیقات و در بیمارستان ها استفاده می شود. اینها شامل داروها، آنتی بیوتیک ها، واکسن ها و مواد شیمیایی برای دستگاه های پزشکی می شود. فرآیند اصلی مورد استفاده، سنتز شیمیایی مواد شیمیایی آلی با اثرات بیولوژیکی و دارویی است.
تولیدات شیمیایی مدرن روش ها و فرآیندهای مختلفی را ترکیب می کند که بسته به محصول نهایی مورد نظر متفاوت است. با این حال، تمام فرآیندهای مورد استفاده معمولاً تکراری هستند و به دقت بالایی نیاز دارند.

این به معنای اتوماسیون زیاد، با برخی مداخلات انسانی برای کنترل کیفیت است. این به ویژه برای مواد شیمیایی تولید انبوه با فرمولاسیون ثابت صادق است. شیمیدانان خبره عمدتاً در تحقیق و توسعه مواد شیمیایی و روش‌های جدید مشارکت دارند، اما به محض ایجاد این روش‌ها، اتوماسیون خودش را به وجود می‌آورد.

نوآوری در صنایع شیمیایی

فناوری اطلاعات و اتوماسیون اکنون بخشی جدایی ناپذیر از صنایع شیمیایی است که در مراحل مختلف تولید مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد. این می تواند شامل فرمولاسیون مواد تشکیل دهنده، نظارت و کنترل واکنش ها، و حذف محصولات جانبی زائد باشد. تا حدی (و این در حال افزایش است)، هوش مصنوعی نیز بخشی از این فرآیند است – در بخش زیر بیشتر در مورد آن توضیح داده شده است.

به جز تحقیق و توسعه، کنترل کیفیت و نگهداری، تقریباً تمام جنبه‌های تولید مواد شیمیایی اکنون می‌توانند خودکار شوند.

هوش مصنوعی (AI) در شیمی

هوش مصنوعی بسیاری از صنایع را مختل کرده است و صنایع شیمیایی نیز از این قاعده مستثنی نیست. به عنوان مثال (به طرز وحشتناکی)، یک الگوریتم هوش مصنوعی توانست تنها در شش ساعت بیش از 40000 سلاح شیمیایی به دست آورد. تصور کنید چقدر طول می کشد تا یک تیم از دانشمندان به همان تعداد سلاح شیمیایی بسازند. و اگرچه این مواد شیمیایی که هوش مصنوعی به دست آورده است آزمایش نشده است، به نظر می رسد فرمولاسیون آنها از نظر تئوری قانونی باشد.

الگوریتم‌های هوش مصنوعی مشابه می‌توانند بسیاری از مشکلات را در شیمی و تولید مواد شیمیایی از طریق داده‌های بزرگ و یادگیری ماشین حل کنند. اما یک منحنی یادگیری وجود دارد که باید اصلاح و آزمایش شود. اگرچه این فناوری در حال حاضر وجود دارد، اما احتمالاً نمی توان آن را به راحتی پیاده سازی کرد. تولیدکنندگان مواد شیمیایی باید به دنبال مقاوم سازی یا جایگزینی ماشین آلات و روش های موجود باشند.

نقش داده های بزرگ

فناوری هوش مصنوعی برای اجرای درست تولید شیمیایی کارآمد که مقرون به صرفه، کارآمد و سازگار با محیط زیست است، به داده های بزرگ متکی است.

در زمینه تولید، کلان داده مجموعه بزرگی از اطلاعات مرتبط با هم از جنبه های مختلف تولید در زمان واقعی است. معمولاً از سنسورهای موجود در کارخانه تولیدی جمع آوری می شود که می تواند هر چیزی از سنسورهای فشار گرفته تا دما باشد.

سپس داده ها به کامپیوتری داده می شود که الگوریتم های تصحیح را در زمان واقعی ایجاد می کند. این امر توسط اینترنت اشیا امکان پذیر شده است که ماشین ها، حسگرها و کامپیوترها را به هم متصل می کند. همراه با آن ممکن است بلاک چین و سیستم‌های ابری باشند که جمع‌آوری، ذخیره‌سازی و تجزیه و تحلیل داده‌ها را غیرمتمرکز می‌کنند.

این ممکن است آینده‌نگر به نظر برسد، اما در حال حاضر در کارخانه‌های تولیدی در سراسر جهان اتفاق می‌افتد.

پیشرفت شیمی سبز
مشکلاتی که اکنون به دلیل تغییرات آب و هوایی با آن روبرو هستیم به اندازه کافی جدی است که دولت ها و شرکت ها تلاش بیشتری برای اجرای جایگزین های سبزتر انجام می دهند.

صنایع شیمیایی از جمله صنایعی است که به چالش دوستدار محیط زیست بودن عملیات خود پاسخ می دهند. به همین دلیل شیمی سبز توسعه یافت.

شیمی سبز توسط دوازده اصل اداره می شود، اما هدف کلی آن این است که تولید شیمیایی و به طور کلی شیمی را از نظر زیست محیطی با حذف یا کاهش مواد شیمیایی مضر پایدار کند.

این را می توان با یافتن مسیرهای شیمیایی جدید برای رسیدن به نتایج دلخواه انجام داد. این ایده در ابتدا به عنوان پاسخی به قانون پیشگیری از آلودگی ایالات متحده در سال 1990 توسعه یافت. شیمی سبز تمام مراحل چرخه عمر یک محصول، از طراحی تا دفع را پوشش می دهد.

تولید شیمیایی پایدار
تولید شیمیایی پایدار تنها به حذف آلودگی پس از تولید محصولات شیمیایی نیست.از انتخاب مواد اولیه یا مواد خام شروع می شود. به عنوان مثال، به جای استفاده از مواد اولیه فقط یک بار و دور ریختن اضافی و همچنین محصولات جانبی میانی، می توانید صرفه جویی اتمی را تمرین کنید، که در مورد به حداکثر رساندن هر اتم در خوراک است.

مقررات موثر بر تولید مواد شیمیایی

معاهدات بین المللی و قوانین ملی تحت تأثیر نیاز به دستیابی به تولید شیمیایی پایدار قرار دارند و عمدتاً تحت تأثیر اجماع علمی در مورد تغییرات آب و هوا هستند.

تغییرات اقلیمی می تواند نقشه های زمین شناسی و ژئوپلیتیکی جهان را بازنویسی کند و باعث قحطی، جنگ و فروپاشی دولت ها شود. یکی از معاهده‌های الزام‌آور بین‌المللی، پروتکل کیوتو است که کشورهای اتحادیه اروپا و سایر کشورهای صنعتی را که معاهده را تصویب کرده‌اند، مانند ایالات متحده ملزم می‌کند که انتشار دی‌اکسید کربن و سایر گازهای گلخانه‌ای را 5.2 درصد کمتر از سطوح سال 1990 کاهش دهند. این معاهده در 16 فوریه 2005 لازم الاجرا شد و در حال حاضر توسط 192 طرف تصویب شده است.

مقررات جدید در تولید مواد شیمیایی

در اکثر کشورهای صنعتی، تولیدکنندگان مواد شیمیایی ملزم به ارائه برگه‌های اطلاعات ایمنی (SDS) برای محصولات شیمیایی خطرناک هستند. این موارد شامل فرمولاسیون، سمیت، اشتعال پذیری و اقدامات احتیاطی ایمنی است.

با این حال، از زمان برگزیت، بریتانیا مقررات را کاهش داده و تعداد محصولات شیمیایی که نیاز به SDS دارند را کاهش داده است.

چالش های آینده در تولید مواد شیمیایی

جدای از تغییر مقررات، صنعت تولید مواد شیمیایی با اختلالات احتمالی در زنجیره تامین مواجه است. بسیاری از مواد خام گران تر و سخت تر می شوند.

همچنین مشکل استفاده از منابع انرژی تجدید ناپذیر و یافتن راه هایی برای استفاده از منابع تجدیدپذیر یا دائمی وجود دارد. علاوه بر این، نیاز به روش‌های تولید پایدارتر است. فشارهای بین المللی تغییرات آب و هوایی و آب و هوای ناپایدار تهدیدی جدی هستند. شرکت‌های تولیدی اکنون مجبورند از میان حجم زیادی از داده‌ها، مقررات جدید، زنجیره‌های تامین پیچیده‌تر و مسئله پایدارتر شدن صرفاً برای حفظ رقابت‌پذیری خود عبور کنند.

پیمایش هزینه، کارایی و اثرات زیست محیطی
بسیاری از شرکت های تولید کننده مواد شیمیایی نیاز به بازسازی تاسیسات خود و سرمایه گذاری در تجهیزات جدید دارند. آنها همچنین باید روش های خود را بهبود بخشند و متخصصان جدیدی در شیمی سبز استخدام کنند.

همه اینها مستلزم هزینه اضافی هستند، اما امیدواریم در درازمدت منجر به کارآمدی هزینه و افزایش قابلیت های تولید شود – و همچنین از نظر زیست محیطی پایدارتر باشد. پارادایم های بهترین شیوه های صنعتی به سمت داده های بزرگ، اتوماسیون و هوش مصنوعی در حال تغییر هستند.

الزامات آموزشی و مهارتی برای شیمیدانان آینده

درجات تحصیلات تکمیلی پیشرفته و بورسیه های تحصیلی در شیمی همچنان برای حرکت رو به جلو ضروری خواهد بود – اگر در دنیای جدید هوش مصنوعی، شیمی سبز و کلان داده حرکت کنیم، شیمیدانان تحقیقاتی فعلی نیز باید دانش خود را در مورد آخرین روندهای فناوری به روز کنند.

آنها همچنین باید افق های خود را گسترش دهند و مهارت های نرم را در برخورد با مشکلات از زوایای مختلف بهبود بخشند. به عنوان مثال، حل مشکل انتشار گازهای گلخانه ای تنها یک مشکل شیمیایی فنی نیست. این یک موضوع سیاسی در بین سیاستگذاران است. شیمیدانان ممکن است مجبور شوند با بهبود مهارت های ارتباط عمومی خود، یاد بگیرند که در مورد مسائل زیست محیطی بیشتر صحبت کنند.

نتیجه

چشم اندازهای شگفت انگیزی برای آینده تولید مواد شیمیایی وجود دارد. با این حال، چالش های زیادی نیز وجود دارد که باید بر آنها غلبه کرد. این موضوع هم رقابت اقتصادی است و هم ایجاد آینده ای پایدار. استفاده از هوش مصنوعی، اینترنت اشیا و کلان داده پتانسیل قابل توجهی برای بهبود روش ساخت مواد شیمیایی در آینده دارد.