就在过去的几个月里，全球食品和饮料公司都宣布了重大的环保举措，例如Nestlé沃特斯公司承诺到2021年在其美国产品组合中使用25%的回收塑料，康尼格拉品牌公司承认其7个设施实现了95%的垃圾转移，否则这些垃圾将被扔进垃圾填埋场。
然而，环保不仅能提升公司形象。减少能源消耗是企业社会责任目标与商业目标相一致的双赢。由于食品和饮料制造商无法控制能源价格，越来越多的企业开始认真考虑在哪些方面可以减少使用，以获得竞争优势。
对于正在寻找降低能源成本的新方法的加工商，本文将深入探讨能源管理的最佳实践，包括一些食品和饮料公司如何将其业务转变为能源生产者而不是能源消费者的例子。
消耗能量的地方
食品和饮料工厂传统上使用大量的资源和能源来加工产品。事实上，美国能源情报署将食品制造业定性为“能源密集型”产业。能源被用于各种用途，如蒸汽产生、过程加热和冷却，以及建筑物的照明、加热和空调。
“我们最大的能源负荷是中央冷水机和我们冷冻工厂的分布式暖通空调操作，以及我们热加工现场的烹饪和干燥操作，”通用磨坊全球能源战略负责人达伦•凯泽(Daren Kaiser)表示。“当然，压缩空气和照明是足够大的负荷，在所有加工厂引起我们的注意。”
食品和饮料工厂的能源消耗可以直观地描绘为热图，其中有使用高水平能源的热点。根据ESI集团美国设计服务副总裁Timothy Gibbons的说法，设施的制冷系统是一个“红热”区域。
吉本斯说:“但有一个地方可能被忽视，那就是生产车间的地板。“通常情况下，这些房间必须保持在40华氏度以下，但有大量的大型设备以高速运行电机和大量的人员来运行它们。”
此外，夏季从田间或位于较温暖气候的工厂运来的产品温度过高，也增加了负荷。产生的热量也被转移到植物，植物吸收更多的能量来冷却。
在能源密集型设备中，另一个常见的可疑之处是通风冷冻室，它将热量移走，以达到极低的温度。
吉本斯说:“这些房间的建造和运营都非常昂贵，而且需要把产品降到极低的温度。”“在低温下去除热量需要以难以置信的指数级消耗每一度的能量。”
Viking Cold Solutions的销售和营销副总裁科林·科克(Collin Coker)也认为冰柜是高能量用户，因为它们需要快速冷冻食物，以防止冰晶的形成，冰晶会降低食品质量。
他说:“储存食物的冰柜需要持续消耗大量能源，以保持温度稳定，避免形成更大的冰晶。”
他说，保持更稳定的温度和减少能源消耗的一种方法是在冰柜中增加热能储存(TES)系统。TES系统的热电池可以吸收50%到85%的热量，这可以使环境在更长的时间内保持更冷的状态，并减少必要的主动制冷量。
“此外，这些细胞利用潜热(它们在吸收热量时保持相同的温度)和感热(食品在吸收热量时温度升高)来维持稳定的温度，”Coker说。
他将TES产生的效率归因于三个因素:TES中所含的环境安全相变材料(PCM);在能源成本较低的情况下冷冻PCM的能力，并能在成本较高的情况下减少制冷;以及从热细胞中除去等量热量(btu)的能力，而不是用更少的能量(kWh)从食物中除去等量热量(btu)的能力。
他说:“即使是在更高效的氨基制冷设施中，这项技术也能通过减少15%到30%的千瓦时消耗来实现增量效率的提高。”通过增加使用时间的灵活性，TES系统可以进一步降低能源成本。”
如果能在能源成本较低的时候(比如晚上)运行制冷系统，可以减少高达50%的能源成本。此外，由于运行时间减少，设施的制冷设备寿命更长。
能源卓越的最佳实践
为了掌握能源消耗，工厂应该测量消耗了多少能源。正如谚语所说，你无法管理你不衡量的东西。
阿姆斯特朗服务公司的业务发展总监兼高级公用事业系统工程师Kyle T. Lambright说:“强烈建议在主要能源消费者上安装分表(水、燃料、电力、蒸汽)。对公用事业的监控和趋势可以帮助工厂经理优先考虑并找到减少设施或特定设备能源消耗的方法。”
通过分析能源数据，可以确定趋势和能源成本，并用于制定最大限度节约能源的行动计划。此外，Lambright建议聘请第三方进行能源审计、压缩空气审计和疏水阀调查。
他说:“蒸汽疏水阀管理也是必须的——每年对疏水阀进行调查，以确定失效的疏水阀。”“处于‘吹通’状态的疏水阀是将活蒸汽输送到冷凝管中，冷凝管可能会被排干。”
除非被污染，否则不建议这样做。另一种可能是，活蒸汽被送到凝结水接收器，然后被排到大气中，导致热量损失和/或化学物质被送到下水道。
Lambright说:“利用蒸汽疏水阀管理平台，可以跟踪、对标和报告能源损失和温室气体排放，可以帮助设施实现节能目标。”此外，高压疏水阀的无线监测可以提供即时故障警报，这将使设备更快地采取行动，减少通过疏水阀的潜在能量损失。”
通用磨坊的公司团队每年专注于一个公用事业，并领导在公司供应链中所有适用的工厂部署效率最佳实践。凯泽表示，2017年的努力集中在压缩空气和去年的蒸汽系统上。
“最近，我们一直在投资大型场地的LED照明改造，”他说。“在降低成本的同时，效率和控制技术也取得了显著进步，这使得回报非常有吸引力。”
为了实时监测和分析能源消耗水平，三菱电气自动化公司的产品营销工程师Lee张建议使用人机界面(HMI)。
张表示:“作为一种边缘处理设备，HMI可以捕获和记录能源消耗水平，并允许设施管理人员在交互式触摸屏上可视化和识别能源使用情况。”“数据也可以从生产区域转移到企业网络，并通过HMI直接转移到数据库。”
这作为一个安全的桥梁，保护网络之间的访问，并维护制造过程的实时可靠性。此外，如果检测到异常的能量水平，将向生产人员发送电子邮件警报，他们可以通过无线方式或从办公室访问HMI。
根据自然资源保护委员会的数据，电机占美国工业能源消耗的近50%。一项在工厂中越来越受欢迎的技术，以促进电机使用的更高水平的能源效率是变频驱动(VFD)。
三菱电机自动化公司(Mitsubishi Electric Automation, Inc.)高级产品经理Deana Fu说，控制这些电机的速度可以极大地影响工厂优化能源使用、提高机械效率和满足更高性能需求的能力。
“vfd在需要精确速度控制的应用中非常有价值。通过改变电机速度来满足精确的过程需求，vfd消除了电机以固定速度运行时使用的多余能量。”“例如，在管道中，电机以相同的速度运行，消耗几乎相同的能量，无论它充满20%或100%的液体。通过安装VFD，电机的速度可以减慢到20%，从而减少能源消耗。”
史密斯菲尔德食品公司的能源项目
全球碳项目的最新数据显示，2018年二氧化碳排放量创历史新高。这一增长主要归功于全球汽车市场的繁荣和中国煤炭使用量的增加。然而，即使是在美国，在排放量下降了几年之后，2018年的排放量也增加了2.5%。
有了这张发人深省的成绩单，企业可能会再次感受到来自社区的压力，要求他们采取更多行动，加大力度减少温室气体排放。全球猪肉加工企业史密斯菲尔德食品公司(Smithfield Foods)等一些食品和饮料公司正直面这一问题。
2018年底，史密斯菲尔德食品公司宣布与道明尼能源公司建立合作关系，成立一家名为Align可再生天然气(Align RNG)的合资公司，该公司将捕获养猪场的甲烷排放，并将其转化为清洁的可再生能源，用于住宅供暖和当地企业的电力。
史密斯菲尔德食品公司总裁兼首席执行官肯尼思•沙利文表示:“在史密斯菲尔德，我们认识到，真正持久的可持续发展计划需要与其他拥有相似愿景、经过验证的创新者合作。”“道明尼能源就是这样一个久经考验的创新者，我们很自豪能与他们合作，在我们对可再生能源的长期追求中。”
Align RNG是史密斯菲尔德可再生能源项目的一部分，该项目成立于2017年，旨在帮助建设创新项目，以帮助实现该公司到2025年将温室气体排放减少25%的目标。为了帮助实现这一目标，一些项目包括化肥优化和粮食供应链计划。
Align RNG的第一个项目计划在北卡罗来纳州、弗吉尼亚州和犹他州进行，将收集原本会释放到大气中的甲烷。相反，史密斯菲尔德拥有的和合同养猪场生产的甲烷将被转化为RNG，可以储存起来，并通过现有的天然气基础设施输送到家庭和企业。在农场收集后，甲烷将被运输到中央调节设施，然后通过厌氧消化转化。
史密斯菲尔德食品公司此前设定了一个目标，在未来10年里，在北卡罗莱纳州、犹他州和密苏里州90%的生猪精加工业务中实施“粪肥转化为能源”的项目。该公司在北卡罗来纳州建立了一个试点项目，该项目也使用厌氧消化将其农场收集的粪便转化为RNG。该项目产生的RNG足以在一年内为1000个家庭供电。
通用磨坊使用乳清作为能源
为了成为更好的环境管理者，通用磨坊承诺在10年内减少28%的温室气体排放。该承诺的一部分是在其位于田纳西州默弗里斯伯勒(Murfreesboro)的工厂实施的一个项目，该项目旨在将其运营方式转变为更环保的做法。
通用磨坊的优诺和皮尔斯伯里制造工厂最初是在1979年作为一个冷冻披萨生产工厂。2004年，Yoplait酸奶生产线增加，包括生产希腊酸奶的生产线，这种生产线需要3加仑牛奶才能生产1加仑成品。这一过程需要将60%到70%的牛奶转化为被称为酸性乳清的副产品，这是传统的处理方法。然而，默弗里斯伯勒水和下水道部门不允许通用磨坊工厂增加生化需氧量(BOD)负荷，所以乳清必须收集并送往垃圾填埋场。
该工厂致力于找到一个改进的解决方案，并在2014年安装了一个650万加仑的厌氧消化器和其他能源回收设施。消化器利用厌氧细菌分解乳清，净化水中的BOD。然后产生一种营养丰富的污泥，并被送到溶解气浮(DAF)系统，以去除污染物和固体。进入DAF系统的废水与再循环的澄清水混合，微小的气泡附着在固体颗粒上，使它们结合在一起，在顶部形成一层浮层。然后撇脂机将固体层推至出料斗。
任何不漂浮的固体，沉淀和浓缩在DAF罐底部。这些固体可以直接返回厌氧消化池或进入另一个储罐。澄清水流出水箱，可用于再循环回路，也可移动到好氧处理阶段。处理澄清水的好氧系统也可用于整理水和补充其他类型的处理。
厌氧消化器和DAF系统使工厂能够预处理所有Yoplait和Pillsbury处理废水。一旦这一过程中的固体被分解，就会释放出甲烷气体，然后甲烷被捕获，这些气体被转化为沼气，用于为现场发电机提供燃料，为大约10%的处理设施提供能源。发电机产生的余热被回收，用于加热工厂清洁和卫生用水，这将减少10%的天然气使用量。此外，该项目不再需要15-20辆油罐车来运输无法使用的乳清，这意味着减少了超过25,000加仑的柴油。
在运行的头四个月里，厌氧消化器产生了300万千瓦时的电力，从而减少了9000公吨的二氧化碳，并为工厂每年的水电费节省了240万美元。即使在完成了几次重要的生产线扩建后，工厂购买的能源和产生的废物都比2014年扩建前的基线要少。
该项目取得了巨大的成功，默弗里斯伯勒工厂获得了田纳西州工商会议所举办的第36届年度环境与能源奖会议的能源卓越奖。该奖项旨在表彰那些在降低对环境影响的同时改进了生产流程的公司。
ProFood世界“卓越制造业可持续发展奖”也表彰那些在可持续发展方面做出卓越贡献的公司。该奖项表彰那些实施了超越行业标准的可持续实践的公司。阅读更多关于该奖项和获奖者的信息在这里。
