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La produzione era in piena estate.Il Chips and Science Act, entrato in vigore ad agosto, rappresenta un massiccio investimento nella produzione nazionale negli Stati Uniti.Il disegno di legge mira a espandere sostanzialmente l’industria statunitense dei semiconduttori, rafforzare le catene di approvvigionamento e investire in ricerca e sviluppo per raggiungere nuove scoperte tecnologiche.Secondo John Hart, professore di ingegneria meccanica e direttore del Laboratorio di produzione e produttività del Massachusetts Institute of Technology, il Chip Act è solo l’ultimo esempio di un notevole aumento di interesse da parte dei produttori negli ultimi anni.L’impatto della pandemia sulle catene di approvvigionamento, sulla geopolitica globale e sulla rilevanza e l’importanza dello sviluppo sostenibile”, ha affermato Hart.Innovazioni nelle tecnologie industriali.“Con la crescente attenzione alla produzione, è necessario dare priorità alla sostenibilità.Circa un quarto di tutte le emissioni di gas serra nel 2020 provengono dall’industria e dalla produzione.Le fabbriche e gli stabilimenti possono anche esaurire le riserve idriche locali e produrre grandi quantità di rifiuti, alcuni dei quali possono essere tossici.Per risolvere questi problemi e garantire la transizione verso un’economia a basse emissioni di carbonio, è necessario sviluppare nuovi prodotti e processi industriali insieme a tecnologie di produzione sostenibili.Hart ritiene che gli ingegneri meccanici abbiano un ruolo fondamentale da svolgere in questo ruolo di transizione."Gli ingegneri meccanici hanno una capacità unica di risolvere problemi critici che richiedono tecnologie hardware di prossima generazione e sanno come scalare le loro soluzioni", ha affermato Hart, professore e laureato al Dipartimento di ingegneria meccanica del MIT.Offre soluzioni ai problemi ambientali, aprendo la strada a un futuro più sostenibile.Gradun: Cleantech Water Solutions Il settore manifatturiero ha bisogno di acqua, e di molta acqua.Un impianto di produzione di semiconduttori di medie dimensioni utilizza oltre 10 milioni di litri d’acqua al giorno.il mondo soffre sempre più di siccità. Gradiant offre soluzioni a questo problema idrico. L'azienda è guidata da Anurag Bajpayee SM '08 PhD '12 e Prakash Govindan PhD '12 cofondatori e pionieri in progetti di acqua sostenibile o "tecnologia pulita".Bajpayee e Govindan, come studenti laureati presso l'Heat Transfer Laboratory intitolato a Rosenova Kendall, condividono il pragmatismo e una propensione all'azione.Durante una grave siccità a Chennai, in India, Govindan ha sviluppato per il suo dottorato una tecnologia di umidificazione-deumidificazione che imita il ciclo naturale delle piogge.Una tecnologia che chiamarono Carrier Gas Extraction (CGE), e nel 2013 i due fondarono Gradient.CGE è un algoritmo proprietario che tiene conto della variabilità della qualità e della quantità delle acque reflue in ingresso.L'algoritmo si basa su un numero adimensionale, che Govindan una volta propose di chiamare numero Linhard in onore del suo supervisore.Se la qualità dell'acqua nel sistema cambia, la nostra tecnologia invia automaticamente un segnale per regolare la portata e riportare il numero adimensionale a 1. Una volta che ritorna al valore 1, sarai al meglio", ha spiegato Govindan, COO di Gradiant .Il sistema elabora e tratta le acque reflue provenienti dagli impianti di produzione per il riutilizzo, risparmiando in definitiva milioni di dollari all'anno in litri d'acqua.Con la crescita dell’azienda, il team Gradiant ha aggiunto nuove tecnologie al proprio arsenale, tra cui l’estrazione selettiva degli inquinanti, un metodo economico per rimuovere solo alcuni inquinanti e un processo chiamato osmosi inversa controcorrente, il loro metodo di concentrazione della salamoia.Ora offrono una serie completa di soluzioni tecnologiche per il trattamento delle acque e delle acque reflue per clienti di settori quali quello farmaceutico, energetico, minerario, alimentare e delle bevande e l'industria in crescita dei semiconduttori.“Siamo un fornitore di soluzioni complete per l’approvvigionamento idrico.Disponiamo di una gamma di tecnologie proprietarie e sceglieremo dalla nostra offerta in base alle esigenze dei nostri clienti", ha affermato Bajpayee, CEO di Gradiant.“I clienti ci vedono come il loro partner idrico.Possiamo risolvere i loro problemi idrici dall'inizio alla fine in modo che possano concentrarsi sul loro core business.“Gradun ha registrato una crescita esplosiva negli ultimi dieci anni.Ad oggi hanno costruito 450 impianti di trattamento dell’acqua e delle acque reflue che trattano l’equivalente di 5 milioni di case al giorno.Con le recenti acquisizioni, l'organico totale è cresciuto fino a superare le 500 persone.Le soluzioni si riflettono nei loro clienti, tra cui Pfizer, Anheuser-Busch InBev e Coca-Cola.Tra i loro clienti figurano anche giganti dei semiconduttori come Micron Technology, GlobalFoundries, Intel e TSMC”.le acque reflue e l’acqua ultrapura per i semiconduttori sono davvero aumentate”, ha affermato Bajpayee.I produttori di semiconduttori necessitano di acqua ultrapura per produrre acqua.Il totale dei solidi disciolti rispetto all’acqua potabile è di poche parti per milione.A differenza del primo, la quantità di acqua utilizzata per la produzione di microchip è compresa tra parti per miliardo e parti per quadrilione. Attualmente, il tasso medio di riciclaggio in un impianto (o fabbrica) di produzione di semiconduttori a Singapore è solo del 43%. Utilizzando la nostra tecnologia Ge C, queste fabbriche possono riciclare il 98-99% dei “10 milioni di litri d’acqua di cui hanno bisogno per unità di produzione.Quest’acqua riciclata è sufficientemente pulita da poter essere reimmessa nel processo di produzione”.Abbiamo eliminato questo scarico di acqua inquinata, eliminando virtualmente la dipendenza dell’impianto di semiconduttori dalle forniture idriche pubbliche”.Bajpayee In, Fabry Ci è sottoposto a crescenti pressioni per migliorare l'uso dell'acqua, rendendo la sostenibilità fondamentale.a più impianti statunitensi attraverso la separazione: filtrazione chimica efficiente come Bajpayee e Govindan, Shreya Dave '09, SM '12, PhD '16 si è concentrata sulla desalinizzazione per il suo dottorato.Sotto la guida del suo consulente, Jeffrey Grossman, professore di scienza e ingegneria dei materiali, Dave ha fabbricato una membrana che potrebbe fornire una desalinizzazione più efficiente ed economica.Dopo un'attenta analisi dei costi e del mercato, Dave ha concluso che le sue membrane di desalinizzazione non potevano essere commercializzate.“Le tecnologie moderne sono davvero brave in quello che fanno.Fare.Sono economici, prodotti in serie e funzionano molto bene.Non c’era mercato per la nostra tecnologia”, ha detto Dave.Poco dopo aver discusso la sua tesi, lesse un articolo di revisione sulla rivista Nature che cambiò tutto.L'articolo identificava il problema.La separazione chimica, che è al centro di molti processi industriali, richiede molta energia.L’industria ha bisogno di membrane più efficienti e meno costose.Dave pensava che potesse avere una soluzione.Dopo aver individuato le opportunità economiche, Dave, Grossman e Brent Keller, PhD '16, hanno creato Via Separations nel 2017. Poco dopo, hanno scelto Engine come una delle prime società a ricevere finanziamenti in capitale di rischio dal Massachusetts Institute of Technology.Attualmente, la filtrazione industriale viene effettuata riscaldando i prodotti chimici a temperature molto elevate per separare i composti.Dave lo paragona a far bollire tutta l'acqua finché non evapora per fare la pasta e ciò che rimane sono gli spaghetti.Nella produzione, questo metodo di separazione chimica richiede molta energia ed è inefficiente.Via Separations ha creato l'equivalente chimico dei prodotti “pasta filtrante”.Invece di usare il calore per separarsi, le loro membrane “filtrano” i composti.Questo metodo di filtrazione chimica consuma il 90% in meno di energia rispetto ai metodi standard.Mentre la maggior parte delle membrane sono realizzate in polimeri, le membrane Via Separations sono realizzate in grafene ossidato, che può resistere alle alte temperature e agli ambienti difficili.La membrana viene calibrata in base alle esigenze del cliente modificando la dimensione dei pori e la regolazione della chimica della superficie.Attualmente, Dave e il suo team si stanno concentrando sull'industria della pasta di legno e della carta come punto d'appoggio.Hanno sviluppato un sistema che ricicla una sostanza nota come “liquore nero” in modo più efficiente dal punto di vista energetico.carta, solo un terzo della biomassa viene utilizzata per la carta.Al momento, l’uso più prezioso dei restanti due terzi della carta straccia è utilizzare un evaporatore per far bollire l’acqua, trasformandola da un flusso molto diluito a un flusso molto concentrato”, ha affermato Dave.l’energia prodotta viene utilizzata per alimentare il processo di filtrazione”.Questo sistema chiuso consuma molta energia negli Stati Uniti.Possiamo farlo mettendo una “rete per spaghetti” nel calderone, aggiunge Dave.VulcanForms: Produzione additiva su scala industriale Tiene un corso sulla stampa 3D, meglio conosciuta come Additive Manufacturing (AM).Sebbene all'epoca non fosse il suo obiettivo principale, si concentrò sulla ricerca, ma trovò l'argomento affascinante.Come hanno fatto molti studenti della classe, incluso Martin Feldmann MEng '14.Feldmann è entrato a far parte del gruppo di ricerca di Hart a tempo pieno dopo aver conseguito un master in produzione avanzata.Lì si sono uniti grazie a un interesse reciproco per AM.Hanno visto l’opportunità di innovare utilizzando una comprovata tecnologia di produzione additiva dei metalli nota come saldatura laser a letto di polvere e hanno proposto di portare il concetto di produzione additiva dei metalli su scala industriale.Nel 2015 fondano VulcanForms."Abbiamo sviluppato l'architettura della macchina AM per produrre parti di qualità e produttività eccezionali", ha affermato Hart."E noi.Le nostre macchine sono state integrate in un sistema di produzione completamente digitale che combina produzione additiva, post-elaborazione e lavorazione di precisione.“A differenza di altre aziende che vendono stampanti 3D ad altri per produrre parti, VulcanForms utilizza la sua flotta di veicoli per produrre e vendere parti di macchine industriali ai clienti.VulcanForms è cresciuta fino a raggiungere quasi 400 dipendenti.Il team ha aperto la sua prima produzione l'anno scorso.impresa chiamata “VulcanOne”.La qualità e la precisione delle parti prodotte da VulcanForms sono fondamentali per prodotti quali impianti medici, scambiatori di calore e motori aeronautici.Le loro macchine possono stampare sottili strati di metallo."Produciamo pezzi difficili da produrre o, in alcuni casi, impossibili da produrre", ha aggiunto Hart, membro del consiglio di amministrazione dell'azienda.La tecnologia sviluppata da VulcanForms può aiutare a produrre parti e prodotti in modo più sostenibile, direttamente attraverso un processo additivo o indirettamente attraverso una catena di fornitura più efficiente e flessibile. Uno dei modi in cui VulcanForms e AM nel loro insieme contribuiscono alla sostenibilità è attraverso risparmio di materiale. Molti dei materiali utilizzati in VulcanForms, come le leghe di titanio, richiedono molta energia.una parte in titanio, si utilizza molto meno materiale rispetto ai processi di lavorazione tradizionali.L’efficienza dei materiali è il punto in cui Hart ritiene che l’AM possa fare un’enorme differenza in termini di risparmio energetico.Hart sottolinea inoltre che l’AM può accelerare l’innovazione nelle tecnologie dell’energia pulita, dai motori a reazione più efficienti ai futuri reattori a fusione. trasformativo in questo senso”, aggiunge Hart.Prodotto: attrito.La professoressa di ingegneria meccanica Kripa Varanasi e il team LiquiGlide si impegnano a creare un futuro senza attriti e a ridurre significativamente gli sprechi nel processo.Fondata nel 2012 da Varanasi e dall'alunno David Smith SM '11, LiquiGlide ha sviluppato rivestimenti speciali che consentono ai liquidi di "scivolare" sulle superfici.Ogni goccia di prodotto va utilizzata, sia che venga spremuta da un tubetto di dentifricio o scolata in fabbrica da un barattolo da 500 litri.I contenitori senza attrito riducono drasticamente gli sprechi di prodotto e non è necessario pulire i contenitori prima del riciclaggio o del riutilizzo.l'azienda ha fatto passi da gigante nel settore dei prodotti di consumo.Un cliente Colgate ha utilizzato la tecnologia LiquiGlide nella progettazione di un flacone di dentifricio Colgate Elixir, che ha vinto numerosi premi di design del settore.LiquiGlide ha collaborato con il designer di fama mondiale Yves Behar per applicare la loro tecnologia alla bellezza e all'igiene del confezionamento dei prodotti personali.Allo stesso tempo, la Food and Drug Administration statunitense ha fornito loro un dispositivo master.Le applicazioni biofarmaceutiche creano opportunità.Nel 2016, l'azienda ha sviluppato un sistema che consente la produzione di contenitori senza attriti.trattamento superficiale di serbatoi di stoccaggio, imbuti e tramogge, evitando l'adesione del materiale alle pareti.Il sistema può ridurre lo spreco di materiale fino al 99%.“Questo potrebbe davvero essere un punto di svolta.Risparmia sugli sprechi di prodotto, riduce le acque reflue derivanti dalla pulizia dei serbatoi e contribuisce a rendere il processo di produzione privo di sprechi”, ha affermato Varanasi, presidente di LiquiGlide.superficie del contenitore.Quando applicato su un contenitore, il lubrificante viene ancora assorbito dalla struttura.Le forze capillari si stabilizzano e consentono al liquido di diffondersi sulla superficie, creando una superficie permanentemente lubrificata su cui può scivolare qualsiasi materiale viscoso.L'azienda utilizza algoritmi termodinamici per determinare le combinazioni sicure di solidi e liquidi a seconda del prodotto, che si tratti di dentifricio o vernice.L'azienda ha costruito un sistema di spruzzatura robotizzato in grado di gestire contenitori e serbatoi in fabbrica.Oltre a far risparmiare all'azienda milioni di dollari in termini di sprechi di prodotto, LiquiGlide riduce significativamente la quantità di acqua necessaria per pulire regolarmente questi contenitori dove il prodotto spesso si attacca alle pareti.Richiede la pulizia con abbondante acqua.Ad esempio, nell’agrochimica esistono regole rigide per lo smaltimento delle acque reflue tossiche risultanti.Tutto questo può essere eliminato con LiquiGlide”, ha affermato Varanasi.Sebbene molti impianti di produzione abbiano chiuso all’inizio della pandemia, rallentando l’implementazione dei progetti pilota CleanTanX nelle fabbriche, la situazione è migliorata negli ultimi mesi.Varanasi sta assistendo a una crescente domanda per la tecnologia LiquiGlide, in particolare per liquidi come le paste semiconduttori.Aziende come Gradant, Via Separations, VulcanForms e LiquiGlide stanno dimostrando che l'espansione della produzione non deve necessariamente comportare un costo ambientale elevato.La produzione ha il potenziale per crescere in modo sostenibile”.ingegneri meccanici, la produzione è sempre stata il fulcro del nostro lavoro.In particolare, al MIT, c’è sempre stato un impegno nel rendere la produzione sostenibile”, ha affermato Evelyn Wang, professoressa di ingegneria della Ford ed ex presidente del dipartimento di ingegneria meccanica.il nostro pianeta è bellissimo.“Con leggi come CHIPS e Science Act che stimolano la produzione, ci sarà una crescente domanda di start-up e aziende che sviluppano soluzioni che mitigano l’impatto ambientale, avvicinandoci a un futuro più sostenibile.
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