Globalne wyzwania i trendy
Unia Europejska stoi przed wyzwaniami technologicznymi, społecznymi i środowiskowymi związanymi z dostawami surowców mineralnych, które leżą u podstaw jej działalności przemysłowej i stanowią o jakości życia jej mieszkańców. UE wytwarza mniej niż 5% światowej produkcji surowców mineralnych, jednocześnie przemysł UE odpowiada za około 20% ich światowego zużycia. Zależność od importu jest szczególnie wysoka w przypadku surowców metalicznych wymaganych do zastosowań zaawansowanych technologicznie oraz do transformacji energetycznej. Ta inicjatywa będzie z pewnością determinowała w najbliższych dekadach wielkość popytu na m.in. miedź, nikiel, kobalt, lit, mangan, pierwiastki ziem rzadkich, zarówno w skali Europy, jak i świata. W ostatnich miesiącach sytuację dodatkowo skomplikował konflikt zbrojny w Ukrainie, który spowodował, że niezawodny i nieograniczony dostęp do niektórych surowców (nie tylko energetycznych) stał się palącym problemem w UE i na całym świecie. Powyższe czynniki skłaniają do rozważań nad możliwością wykorzystania własnego potencjału surowcowego krajów Wspólnoty. Pomimo, że jest on obiecujący, to jednak wciąż nasila się sprzeciw opinii publicznej wobec projektów górniczych, a wysiłki przemysłu na rzecz zmniejszenia negatywnego oddziaływania na środowisko nie zmieniły jego złej reputacji. Do tego należy dodać stopniowe wyczerpywanie się zasobów złóż obecnie eksploatowanych. Wymienione czynniki powodują, że konieczne jest podjęcie działań i implementacja rozwiązań technologicznych, które z jednej strony ograniczą negatywne oddziaływanie górnictwa na środowisko, z drugiej natomiast umożliwią sięgnięcie po zasoby, których eksploatacja przy obecnie dostępnych technologiach nie jest opłacalna ekonomicznie i może zagrażać życiu i zdrowiu personelu.
Nowoczesne rozwiązania z zakresu automatyzacji opierające się na dorobku automatyki, mechanizacji, robotyki i techniki informatycznej niespostrzeżenie wkroczyły do wielu dziedzin naszego życia. Na dobre zadomowiły się także właściwie we wszystkich dziedzinach przemysłu, łącznie z przemysłem wydobywczym. Oczywiście w zależności od gałęzi gospodarki w jakiej się poruszamy różne będą siły napędowe ich rozwoju. W przypadku przemysłu wydobywczego wymienić należy:
- Środowisko pracy – górnictwo wkracza w trudnodostępne obszary o skomplikowanych uwarunkowaniach geograficznych, ale również sięga po ekstremalnie głębokie złoża, których eksploatacja wiąże się z trudnymi uwarunkowaniami geologiczno-górniczymi;
- Niedobór (wykwalifikowanej) siły roboczej – inny stosunek do pracy fizycznej w porównaniu z poprzednimi pokoleniami;
- Zdrowie i bezpieczeństwo – automatyzacja branży górniczej może wyeliminować od 11 000 do 13 500 zgonów rocznie (w samych tylko Chinach ilość śmiertelnych wypadków szacowana jest na koło 5 tys./r., a w USA to około 1 tys./r);
- Utrzymanie sprzętu – automatyzacja (lub częściowa automatyzacja) urządzeń mobilnych może przyczynić się do znacznego ograniczenia przestojów i kosztów konserwacji;
- Efektywność operacyjna – zautomatyzowane operacje wydobywcze będą bardziej precyzyjne i przewidywalne. Roboty mogą pracować 24/7 i eliminować pośrednie koszty związane z pracą zmianową ograniczając jednocześnie przebywanie ludzi w zagrożonych rejonach;
- Zrównoważony rozwój – wszelkie implementowane i badane nowoczesne technologie stawiają sobie za cel zminimalizowanie negatywnego oddziaływania na środowisko naturalne i ludzi oraz ograniczenie zużycia zasobów przyrody
- Wyczerpywanie się złóż łatwodostępnych i bogatych, w szczególności rud metali, a co za tym poszukiwanie innych – mniej konwencjonalnych, ale ciągle pierwotnych – źródeł tychże surowców.
Tylko w latach 2019-2022 w przemyśle wydobywczym złożono i przyznano 48 000 patentów. Wszystko wskazuje na to, że ponad 150 obszarów innowacji będzie kształtować przyszłość branży. Szacuje się, że w 2022 wartość rynku automatyki w przemyśle wydobywczym wynosi do 3,1 mld, a w roku 2027 osiągnie 4,2 mld USD, przy CAGR na poziomie 6,3%. 48% wzrostu rynku będzie pochodzić z regionu APAC, a wiodącymi krajami w tych trendach będą Chiny, Australia i Indie. Wpływ na to będą miały inicjatywy rządowe oraz dostępność wykwalifikowanej kadry. Trzy główne czynniki, które będę determinowały rozwój nowoczesnych technologii w branży górniczej to: bezpieczeństwo pracowników, poprawa produktywności oraz zmniejszenie kosztów operacyjnych.
Kopalnie przyszłości
Kopalnie wykorzystujące nowe technologie w celu zwiększenia swojej produktywności i poprawy bezpieczeństwa pracy nie są niczym nowym. Ankieta przeprowadzona w 2017 r. przez firmę Ernst and Young wśród ponad 700 przedstawicieli branży wykazała, że większość czołowych firm wydobywczych już w pewnym stopniu rozpoczęła swoją cyfrową podróż – w szczególności poprzez inwestowanie w technologie autonomiczne i oparte na IoT (Internet of Things lub Intelligence of Things – system urządzeń elektronicznych, które mogą automatycznie komunikować się i wymieniać dane za pomocą sieci bez ingerencji człowieka). Ale wielcy, patrzący w przyszłość gracze, którzy są na drodze do innowacji, stanowią zaledwie około 10% przemysłu wydobywczego.
Na szczególną uwagę zasługują australijskie kopalnie Rio Tinto – brytyjsko-australijskiego przedsiębiorstwa – trzeciego pod względem wielkości koncernu wydobywczego na świecie. Jeden z czołowych światowych producentów i eksporterów rudy żelaza, który swoją pozycję opiera na 17 kopalniach odkrywkowych w rejonie Pilbara (północno-zachodnia Australia). W 2008 roku Rio Tinto zainaugurowało projekt „Kopalnia przyszłości”. Centrum Operacyjne w Perth oddalone jest o 1500 km od miejsca wydobycia surowca. Jest to obecnie najnowocześniejszy obiekt na świecie, który umożliwia obsługę wszystkich autonomicznych ciężarówek i pociągów w portach i sieci kolei oraz urządzeń wiercących w kopalniach. Centrum zawiera narzędzia do wizualizacji (m.in. cyfrowa replika zakładu przeróbczego – tzw. cyfrowy bliźniak) i współpracy w celu dostarczania informacji w czasie rzeczywistym w całym łańcuchu popytu i pozwala optymalizować działania wydobywcze, konserwacyjne i logistyczne w sposób, który nigdy wcześniej nie był możliwy. W 2019 roku Rio Tinto uruchomiło pierwszą na świecie zautomatyzowaną sieć kolei ciężkich (AutoHaul) zdolną do przewozu około miliona ton rudy żelaza dziennie. AutoHaul poprawia bezpieczeństwo, zmniejszając ryzyko na przejazdach kolejowych i dzięki automatycznemu reagowaniu na ograniczenia prędkości i alarmy, eliminuje potrzebę transportu maszynistów. Pozwala to zaoszczędzić prawie 1,5 mln km podróży drogowych każdego roku, co ma rzeczywisty wymiar środowiskowy poprzez istotne ograniczenie emisji spalin.
Kopalnie w rejonie Pilbara to niemalże modelowy przykład wdrażania nowoczesnych technologii usprawniających proces produkcyjny wraz z dążeniem do zrównoważonej produkcji. Podkreślić należy, że automatyzacja procesu wydobywczego poprawia zarówno jego wydajność, jak i efektywność energetyczną co ma niebagatelne znaczenie w kontekście działań zmierzających do ograniczenia zużycia energii.
Przyszłość w nauce
Równolegle z inicjatywami podejmowanymi przez największe firmy wydobywcze, również świat nauki od kilku lat stara się sprostać wymaganiom przed jakimi stanął przemysł górniczy.
W międzynarodowym projekcie INFACT ocenie poddane zostały nieinwazyjne, a dzięki temu akceptowalne przez społeczeństwo, metody poszukiwania złóż kopalin. Za cel postawiono promowanie zrównoważonego poszukiwania zasobów poprzez badania nad technologiami o niskim wpływie na środowisko i społeczeństwo. Projekt przyczynił się do rozwoju metod obrazowania geofizycznego i hiperspektralnego opartych na wykorzystaniu dronów, jak również nowych powietrznych technik geofizycznych zwanych gradiometrią magnetyczną (gradiometry są w stanie wykryć bardzo małe anomalie pola magnetycznego). Idąc w kierunku czwartej rewolucji poszukiwania złóż, obecnie w Europie rozwijane są centra doskonałości (w Finlandii, Niemczech i Hiszpanii) w zakresie poszukiwania zasobów, które oceniają i promują przyjazne dla środowiska technologie poszukiwania złóż kopalin.
Na uwagę zasługuje również – będąca obecnie w początkowej fazie komercjalizacji – technologia opracowana w projekcie UNEXMIN. Jest to bezinwazyjna i neutralna dla środowiska, bezzałogowa, wielozadaniowa platforma, której celem jest eksploracja zalanych kopalń. To właśnie w takich miejscach upatruje się możliwości ponownej eksploatacji wielu surowców, również tych uznanych za krytyczne dla Unii Europejskiej. Na starym kontynencie jest kilka tysięcy porzuconych (ze względów ekonomicznych i/lub środowiskowych) przed laty kopalń, które teraz mają szanse na reaktywację. Pojedynczy moduł systemu UX-1 o kulistym kształcie i średnicy około 60 cm waży ok. 112 kg i może pracować nawet do 5 godzin. Oprogramowanie, w które jest wyposażony, tworzy trójwymiarowe mapy i modele środowisk kopalnianych oraz przeprowadza analizę składu chemicznego wody i dostarcza informacje na temat parametrów ścian kopalni.
Do eksploracji podziemnych (ale nie zalanych) kopalń skonstruowane zostały natomiast roboty o wdzięcznych nazwach Alexander i Julius. Ich cechy pozwalają dotrzeć do miejsc gdzie ryzykowna byłaby obecność człowieka, zarówno ze względu na wymiary wyrobiska, jak i panujące tam warunki. Skanery 2D i 3D umożliwiają wykrywanie przeszkód oraz trójwymiarową rekonstrukcję wyrobisk wraz z oceną bieżących parametrów środowiska (w tym temperatura i wilgotność).
Podjęte zostały również wysiłki na rzecz opracowania nowoczesnej technologii służącej eksploatacji złóż trudnodostępnych (w tym ultragłębokich), małych ale o istotnych zasobach oraz złóż zaniechanych. Reasumując – wszystkich, których eksploatacja przy użyciu tradycyjnych metod górniczych byłaby nieopłacalna, generowała istotne ryzyko środowiskowe lub też nie zyskała społecznej akceptacji z uwagi na skalę oddziaływania. Konsorcjum projektu ROBOMINERS jest obecnie na etapie zaawansowanych prac mających na celu stworzenie prototypu bezzałogowego, modułowego robota górniczego. Dzięki umiejętności automatycznej konfigurowalności każdy obiekt złożowy będzie udostępniony za pomocą otworu o niewielkiej średnicy, bez konieczności budowy tradycyjnej infrastruktury górniczej zarówno na powierzchni, jak i pod ziemią. Możliwość selektywnego wydobycia ograniczy do minimum wolumen produkowanych odpadów wydobywczych – produktem wydobycia będzie wysokoprocentowy koncentrat, nie zaś ruda jak ma to miejsce obecnie.
Podsumowując…
W ostatnich latach na całym świecie uznano imperatyw niskoemisyjnego rozwoju gospodarczego. Zmniejszenie wpływu działalności wydobywczej na środowisko jest uznawane za jego kluczowy element. Dlatego tak ważne jest prowadzenie badań nad poprawą efektywności górnictwa i strategiami zrównoważonego jego rozwoju z zastosowaniem nieinwazyjnych technik. W tej kwestii na pomoc przychodzi świat nauki, który w ostatnich latach podjął wiele wyzwań w poszukiwaniu bezpiecznych i zrównoważonych technik mogących mieć zastosowanie na każdym etapie cyklu życia projektu górniczego. Inicjatywy podejmują również największe przedsiębiorstwa wydobywcze na świecie. Górnictwo bowiem niesie ze sobą ryzyko i niebezpieczeństwo regularnie zagrażające bezpieczeństwu pracowników. Branża jednak zmienia się, aby stać się bezpieczniejszą i bardziej wydajną przy jednoczesnym ograniczeniu ryzyka środowiskowego.