Anglies dioksido pėdsako mažinimas ląstelių kultūrų laboratorijose: Praktinės strategijos

Būdama pirmaujanti aukštos kokybės ląstelių linijų tiekėja, "Cytion" supranta, kad ląstelių kultūrų laboratorijos vis dažniau privalo mažinti poveikį aplinkai. Įprastos ląstelių kultūrų laboratorijos anglies dioksido pėdsakas apima ne tik energijos suvartojimą, bet ir įrangos eksploatavimą, eksploatacinių medžiagų gamybą, šaldymo grandinės logistiką ir atliekų tvarkymą. Įgyvendindamos strategines intervencijas šiose srityse, laboratorijos gali gerokai sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą, kartu išlaikydamos griežtus standartus, reikalingus patikimam ląstelių kultūrų darbui. Šiame straipsnyje nagrinėjami praktiniai, įrodymais pagrįsti metodai, kuriuos "Cytion" ir mūsų laboratorijų partneriai taiko siekdami sumažinti išmetamo anglies dioksido kiekį, nepakenkdami mokslinių tyrimų kokybei ar biologinei saugai.

Daug energijos naudojanti įranga: Pagrindiniai anglies dioksido šaltiniai

Ląstelių kultūrų laboratorijos yra viena iš daugiausiai energijos naudojančių mokslinių tyrimų aplinkų - vienai kvadratinei pėdai sunaudojama 5-10 kartų daugiau energijos nei įprastuose biurų pastatuose. Pagrindiniai kaltininkai yra inkubatoriai, biologinės saugos spintos, itin žemos temperatūros šaldikliai ir ŠVOK sistemos, reikalingos kontroliuojamoms aplinkos sąlygoms palaikyti. Bendrovėje "Cytion" nustatėme, kad vien inkubatoriai gali sunaudoti 30-40 % laboratorinės įrangos energijos, o itin žemos temperatūros šaldikliai, veikiantys -80 °C temperatūroje, gali sunaudoti tiek elektros energijos, kiek vidutinis namų ūkis. Kiekvieno tipo įrangos energijos profilio supratimas yra esminis pirmas žingsnis siekiant reikšmingo anglies dioksido kiekio mažinimo. Mūsų įmonėse kas ketvirtį atliekami energijos vartojimo auditai, kad būtų galima nustatyti neefektyvią įrangą, stebėti vartojimo tendencijas ir patvirtinti, kad optimizavimo priemonės leidžia sutaupyti numatyto kiekio. Įdiegėme realiuoju laiku veikiančias energijos stebėsenos sistemas, kurios suteikia galimybę departamento lygmeniu matyti vartojimo modelius ir greitai nustatyti anomalijas, galinčias rodyti įrangos gedimus ar neefektyvią veiklą.

Inkubatorių valdymas ir optimizavimas

Šiuolaikiniai tiesioginio šildymo CO2 inkubatoriai gali sumažinti energijos sąnaudas 30-50 %, palyginti su modeliais su vandens apvalkalu, kartu išlaikydami puikų temperatūros tolygumą ir regeneraciją. Bendrovė "Cytion" rekomenduoja įgyvendinti inkubatorių konsolidavimo strategijas, kai kelios nedidelės kultūros sujungiamos į mažiau visiškai išnaudotų įrenginių, užuot išlaikius iš dalies tuščius inkubatorius. Įrengus inkubatorius su programuojamais budėjimo režimais, kurie sumažina temperatūrą ir CO2 srautą ne darbo valandomis, galima papildomai sutaupyti 15-20 % lėšų nedarant poveikio eksperimentų rezultatams. Reguliari techninė priežiūra, įskaitant durų tarpinių tikrinimą, CO2 jutiklio kalibravimą ir vidaus valymą, užtikrina optimalų efektyvumą ir apsaugo nuo energijos švaistymo dėl šilumos nuostolių. Sukūrėme planavimo protokolus, kuriais koordinuojama ląstelių kultūrų veikla, siekiant sumažinti durų atidarymą ir optimizuoti užimtumą, todėl mūsų inkubatorių parke sutaupoma 12-18 % energijos. Laboratorijoms, kurioms reikia įvairių ląstelių kultūrų terpių, zonomis pagrįstas inkubatorių paskirstymas sumažina poreikį palaikyti kelias aplinkos sąlygas ir taip dar labiau padidina efektyvumą.

Itin žemos temperatūros laikymo efektyvumas

Šaldiklių valdymas yra viena iš didžiausią poveikį turinčių anglies dioksido mažinimo galimybių įstaigose, kuriose saugomi dideli ląstelių linijų bankai. Atnaujinus standartinius -80 °C šaldiklius į didelio efektyvumo modelius, energijos suvartojimas gali sumažėti 30-40 %, o naujesnės kintamo našumo kompresorių technologijos leidžia sutaupyti dar daugiau. "Cytion" įdiegė išsamų šaldiklių valdymo protokolą, į kurį įeina reguliarus atitirpinimas, pakankamo oro cirkuliacijos tarpo išlaikymas ir, jei reikia, laikymo temperatūros optimizavimas - daugelyje programų galima saugiai naudoti -70 °C, o ne -80 °C, taip sumažinant energijos sąnaudas maždaug 25 %. Inventoriaus valdymo programinė įranga neleidžia be reikalo atidaryti durų ir užtikrina veiksmingą mėginių organizavimą, o atsarginės signalizacijos sistemos apsaugo nuo katastrofiškų gedimų, dėl kurių reikėtų skubiai pakeisti vertingas ląstelių linijų atsargas. Mūsų atlikta sąnaudų ir naudos analizė rodo, kad didelio efektyvumo šaldiklių modernizavimas paprastai atsiperka per 2,5-3,5 metų dėl sumažėjusių elektros energijos sąnaudų, o daugelis komunalinių paslaugų teikėjų siūlo nuolaidas, kurios dar labiau pagreitina investicijų grąžą. Strategiškai konsoliduojant šaldiklių turinį, atsisakant nepakankamai naudojamų įrenginių ir mokslinių tyrimų grupėse diegiant bendrus šaldiklių bankus, bendrą šaldiklių skaičių galima sumažinti 20-30 %, nesumažinant saugojimo pajėgumų.

ŠVOK ir švarių patalpų aplinkos kontrolė

Šildymo, vėdinimo ir oro kondicionavimo sistemos paprastai sudaro 40-60 proc. visos laboratorijose suvartojamos energijos, todėl jos yra svarbiausias anglies dioksido mažinimo iniciatyvų objektas. Tradicinės ląstelių kultūrų patalpos dažnai veikia su pernelyg dideliu oro kaitos kiekiu, kuris viršija faktinius biologinės saugos reikalavimus; "Cytion" bendradarbiauja su patalpų valdytojais, kad įdiegtų kintamo oro kiekio sistemas, kurios reguliuoja vėdinimą pagal realaus laiko užimtumą ir veiklos lygį. Šilumos atgavimo sistemos gali surinkti ir pakartotinai panaudoti iki 60 proc. šiluminės energijos, kuri kitu atveju būtų išeikvojama, o optimizuoti temperatūros nustatymai - šildymo sezono metu palaikyti 21-22 °C, o ne 20 °C temperatūrą ląstelių kultūrų zonose - gali sumažinti ŠVOK apkrovas 8-10 proc. už kiekvieną laipsnį. Strateginis daug energijos reikalaujančių procedūrų planavimas ne piko valandomis ir ekonomaizerio režimų naudojimas laisvam vėsinimui, kai lauko sąlygos leidžia, dar labiau sumažina anglies dioksido pėdsaką. Savo patalpose įdiegėme pagal poreikį valdomą vėdinimą, kuriame naudojami CO2 jutikliai, reguliuojantys oro apykaitos greitį pagal faktinį užimtumą, ir taip sutaupome 35-45 % ŠVOK energijos, palyginti su pastovaus tūrio sistemomis. Reguliariai keičiant ŠVOK filtrus, valant ortakius ir išbalansuojant sistemą palaikomas optimalus efektyvumas ir išvengiama energijos švaistymo, susijusio su ribotu oro srautu ir pernelyg dideliu slėgio kritimu.

Atsinaujinančiosios energijos integravimas ir energijos tiekimas

Efektyvumo priemonės mažina energijos poreikį, o perėjimas prie atsinaujinančiųjų energijos šaltinių sprendžia likusio vartojimo anglies dioksido intensyvumo problemą. "Cytion" įrenginiuose palaipsniui diegiamos ekologiškos energijos pirkimo strategijos, įskaitant elektros energijos pirkimo sutartis su atsinaujinančiosios energijos tiekėjais ir, jei įmanoma, saulės energijos įrenginius vietoje. Laboratorijoms, kurios negali vietoje pasigaminti atsinaujinančiosios energijos, atsinaujinančiosios energijos sertifikatai (REC) ir anglies dioksido kompensavimo programos yra mechanizmai, leidžiantys neutralizuoti iš elektros energijos tinklo išmetamą antrosios srities teršalų kiekį. Vertinant atsinaujinančiosios energijos galimybes, labai svarbu atsižvelgti į svarbios ląstelių kultūrų įrangos patikimumo reikalavimus ir užtikrinti, kad tinkamos atsarginės maitinimo sistemos palaikytų kultūrų vientisumą bet kokiais pereinamaisiais laikotarpiais. Mūsų patirtis, susijusi su vietoje įrengtomis saulės energijos instaliacijomis, rodo, kad laboratorijos paprastai gali kompensuoti 30-50 proc. dienos metu suvartojamos elektros energijos, o akumuliatorių kaupimo sistemos leidžia užtikrinti papildomą savarankiškumą. Įstaigose, esančiose regionuose, kuriuose elektros tinklai yra labai stipriai veikiami atsinaujinančiųjų išteklių, strateginis apkrovos perkėlimas, kad būtų suvartojama daugiau energijos didelės atsinaujinančiųjų išteklių energijos gamybos laikotarpiais, gali sumažinti anglies dioksido pėdsaką 20-30 %, nereikalaujant vietinių gamybos pajėgumų.

Eksploatacinės medžiagos ir tiekimo grandinės anglis

Įterptoji anglis, esanti eksploatacinėse medžiagose, terpėse, reagentuose ir kituose reikmenyse, sudaro didelę dalį viso ląstelių kultūrų laboratorijos anglies dioksido pėdsako - dažnai 25-40 % viso anglies dioksido pėdsako. "Cytion" įgyvendino strateginę pirkimų praktiką, pagal kurią pirmenybė teikiama tiekėjams, turintiems patikimas aplinkosaugos programas, konsoliduotam gabenimui, kad būtų sumažintas transporto išmetamųjų teršalų kiekis, ir dideliais kiekiais perkamos dažnai naudojamos prekės, kad būtų kuo mažiau pakuočių atliekų. Bendradarbiaudami su žiniasklaidos priemonių tiekėjais, siekdami optimizuoti preparatus, kad jų galiojimo laikas būtų ilgesnis, mažina atliekų, susidarančių dėl pasibaigusio galiojimo produktų, kiekį, o įdiegus "tiksliai pagal laiką" atsargų valdymą, išvengiama perteklinių užsakymų. Vietiniai ir regioniniai tiekimai, kai galima išlaikyti kokybės standartus, gerokai sumažina su transportu susijusią taršą, palyginti su tarptautinėmis tiekimo grandinėmis. Bendradarbiaujame su tiekėjais, kurie pakuotėms naudoja biogrįstą plastiką ir perdirbtas medžiagas, taip 18-25 proc. sumažindami mūsų eksploatacinių medžiagų anglies dioksido kiekį. Svarbiausiems reagentams, tokiems kaip buferis ir tirpalai, pirmenybę teikiame koncentruotiems preparatams, kurie sumažina gabenimo svorį ir tūrį, taip pasiekdami, kad su gabenimu susijęs išmetamųjų teršalų kiekis sumažėtų 30-40 %.

Laboratorijų praktika ir elgsenos pokyčiai

Technologijų ir infrastruktūros patobulinimus turi papildyti laboratorijos kultūros ir kasdienės praktikos pokyčiai. "Cytion" skatina įrodymais pagrįstus protokolus, kuriais mažinamas nereikalingas įrangos veikimas, pavyzdžiui, išjungti biologinės saugos spintas, kai jos nenaudojamos (taip sutaupoma 1-2 kWh per valandą), konsoliduoti ląstelių kultūrų planus, kad būtų kuo mažiau atidaromos inkubatorių durys, ir įgyvendinti įrangos išjungimo procedūras ilgesniais nenaudojimo laikotarpiais. Mokymo programos, kuriose pabrėžiamas laboratorinių sprendimų poveikis anglies dioksido emisijai - nuo terpių pasirinkimo iki gabenimo metodų pasirinkimo - leidžia tyrėjams priimti aplinką tausojančius sprendimus, nepakenkiant moksliniam tikslumui. Įsteigus tvarumo lyderius mokslinių tyrimų grupėse, sukuriama atskaitomybė ir skatinama nuolat tobulinti pastangas mažinti anglies dioksido kiekį. Įgyvendinome žaliųjų laboratorijų sertifikavimo programą, pagal kurią pripažįstamos komandos, pasiekusios tam tikrus anglies dioksido mažinimo etapus, taip sukuriant teigiamą konkurenciją ir dalijantis gerąja patirtimi tarp padalinių. Kas mėnesį visoje įstaigoje matomos anglies dioksido pėdsakų suvestinės palaiko informuotumą ir rodo pažangą siekiant organizacijos tvarumo tikslų.

Pažangos matavimas, stebėjimas ir ataskaitų teikimas

Norint veiksmingai mažinti anglies pėdsaką, reikalingos patikimos matavimo sistemos, kad būtų galima nustatyti atskaitos taškus, stebėti pažangą ir nustatyti tolesnio tobulėjimo galimybes. "Cytion" naudoja išsamias anglies dioksido apskaitos sistemas, kurios apima 1 apimties emisijas (tiesioginis kuro deginimas), 2 apimties emisijas (perkama elektra) ir atitinkamas 3 apimties emisijas (tiekimo grandinė, atliekos, verslo kelionės). Įrengus dalinius skaitiklius pagrindiniams energijos vartotojams, gaunami detalūs duomenys, kurie atskleidžia naudojimo modelius ir padeda nustatyti neefektyvią įrangą ar praktiką. Reguliarūs anglies pėdsako vertinimai, geriausia atliekami kas ketvirtį arba kas pusmetį, užtikrina, kad mažinimo strategijos duoda laukiamų rezultatų, ir leidžia koreguoti kryptį, kai tikslai nepasiekiami. Skaidrus anglies dioksido metrikų ataskaitų teikimas tiek organizacijos viduje, tiek suinteresuotiesiems subjektams padeda išlaikyti dėmesį tvarumo tikslams ir parodo organizacijos įsipareigojimą prisiimti atsakomybę už aplinką. Mūsų stebėsenos sistemos stebi 15 pagrindinių veiklos rodiklių, įskaitant kWh vienam kvadratiniam pėdsakui, CO2e vienam tyrėjui, atliekų susidarymo rodiklius ir atsinaujinančiosios energijos procentinę dalį, taip užtikrindamos įvairiapusį aplinkosauginių rezultatų matomumą. Trečiosios šalies atliekamas mūsų anglies dioksido apskaitos patikrinimas didina patikimumą ir padeda nustatyti galimas mūsų matavimo metodų spragas.

Ekonominė nauda ir investicijų grąža

Nors aplinkosauga yra būtina, anglies dioksido kiekio mažinimo iniciatyvos ląstelių kultūrų laboratorijose paprastai duoda įtikinamą ekonominę grąžą. Energiją tausojančios įrangos atnaujinimas dažnai atsiperka per 2-4 metus, nes sumažėja komunalinių paslaugų išlaidos, o veiklos patobulinimai, pavyzdžiui, inkubatorių konsolidavimas ir optimizuotas ŠVOK planavimas, leidžia iš karto sutaupyti minimalias kapitalo investicijas. "Cytion" patirtis rodo, kad išsamios anglies dioksido emisijų mažinimo programos paprastai sumažina metines veiklos sąnaudas 15-25 %, o didžiausiose įmonėse sutaupoma šešiaženklė metinė suma. Be to, daugelyje regionų siūlomos paskatos, nuolaidos ir mokesčių lengvatos už energijos vartojimo efektyvumo didinimą ir atsinaujinančiosios energijos diegimą, todėl anglies dioksido kiekio mažinimo finansinė nauda dar labiau padidėja. Organizacijos, kurios aktyviai sprendžia anglies dioksido pėdsako problemą, taip pat turi palankią padėtį, nes reguliavimo reikalavimai ir klientų lūkesčiai, susiję su aplinkosauginiu veiksmingumu, nuolat kinta. Mūsų atlikta išsami tipinės 10 000 kvadratinių metrų ploto ląstelių kultūrų patalpos sąnaudų ir naudos analizė rodo, kad bendros įgyvendinimo išlaidos siekia 100 000-150 000 JAV dolerių, o per metus sutaupoma 40 000-60 000 JAV dolerių, t. y. sąnaudos atsiperka per 2,5-3,5 metų, o vėliau nuolat mažėja. Įvertinus komunalinių paslaugų nuolaidas, kurios vidutiniškai sudaro 20-30 % įrangos kainos, ir išvengtas būsimų anglies dioksido kainų nustatymo mechanizmų išlaidas, ekonominiai argumentai tampa dar įtikinamesni.

Atvejo analizė: "Cytion" anglies dioksido mažinimo kelionė

Per pastaruosius ketverius metus "Cytion" įgyvendino išsamią anglies dioksido kiekio mažinimo programą visose savo gamyklose ir 48 % sumažino anglies dioksido išmetimo intensyvumą (CO2e vienai pagamintai ląstelių linijai), kartu 22 % sumažindama veiklos sąnaudas. Pagrindinės intervencijos apėmė 85 % mūsų inkubatorių parko pakeitimą didelio efektyvumo tiesioginio šildymo modeliais, visų -80 °C šaldiklių atnaujinimą į kintamo našumo kompresorių sistemas, kintamo oro tūrio ŠVOK sistemos su šilumos atgavimu įdiegimą ir 120 kW galios saulės energijos ant stogo įrengimą. Regionuose, kuriuose nebuvo įmanoma gaminti elektros energijos vietoje, perėjome prie 100 % atsinaujinančios elektros energijos, sudarydami elektros energijos pirkimo sutartis. Optimizavus tiekimo grandinę, daugiausia dėmesio skiriant regioniniam tiekimui, su transportu susijusį išmetamųjų teršalų kiekį pavyko sumažinti 35 %. Numatoma, kad visa 520 000 USD investicija visiškai atsipirks per 3,2 metų dėl sutaupytų komunalinių paslaugų, nuolaidų ir išvengtų anglies dioksido sąnaudų. Be finansinės grąžos, programa padidino darbuotojų įsitraukimą, sustiprino mūsų reputaciją tarp ekologiškai sąmoningų klientų ir sudarė palankias sąlygas laikytis naujų reguliavimo reikalavimų. Ši patirtis rodo, kad anglies dvideginio kiekį galima gerokai sumažinti nesumažinant kokybės ir patikimumo, kurių reikia ląstelių kultūrų programoms.

Strateginiai viešieji pirkimai ir bendradarbiavimas su tiekėjais

"Cytion" tiekimo grandinė sudaro apie 30 % viso mūsų anglies dioksido pėdsako, todėl tiekėjų įsitraukimas yra labai svarbus siekiant visapusiškai sumažinti išmetamųjų teršalų kiekį. Įdiegėme tiekėjų tvarumo vertinimo sistemą, pagal kurią vertinami aplinkosauginiai rodikliai, įskaitant anglies dioksido atskleidimą, atsinaujinančiosios energijos naudojimą, atliekų tvarkymo praktiką ir poveikį produkto gyvavimo ciklui. Pirmenybė teikiama tiekėjams, demonstruojantiems gerą aplinkosaugos valdymą, taip sukuriant rinkos paskatas tobulinti tvarumą visoje pramonėje. Su gamintojais dirbame siekdami optimizuoti pagrindinių produktų, tokių kaip užšaldymo terpė CM-1, formuluotes, kad sumažėtų poveikis aplinkai ir kartu būtų išlaikytos eksploatacinės specifikacijos. Bendradarbiavimo su pagrindiniais tiekėjais iniciatyvos leido pakeisti pakuočių dizainą, sumažinant medžiagų sunaudojimą 25-40 %, pereiti prie biologinės kilmės plastikų atitinkamoms reikmėms ir konsoliduotų gabenimo programų, kurios sumažina gabenimo dažnumą ir išmetamų teršalų kiekį. Nustatėme mokslu pagrįstus tikslus, suderintus su Paryžiaus susitarimu, ir tikimės, kad tiekėjai, kurių išlaidos sudaro 80 proc. mūsų pirkimų išlaidų, iki 2026 m. nustatys panašius tikslus, taip suvienodindami visą vertės grandinę.

Ateities kryptys ir naujos technologijos

Tvarių ląstelių kultūrų srityje toliau daroma pažanga, o naujos technologijos žada dar didesnį anglies dioksido mažinimo potencialą. Naujos kartos inkubatoriai su pažangia izoliacija ir tikslia aplinkos kontrole sutaupo 50-60 % energijos, palyginti su standartiniais modeliais. Dirbtinio intelekto ir mašininio mokymosi sistemos diegiamos siekiant optimizuoti ŠVOK veikimą, numatyti įrangos techninės priežiūros poreikius ir užkirsti kelią energijos švaistymui dėl sugedusių komponentų. Bendrovėje "Cytion" atidžiai stebime šiluminės energijos kaupimo sistemų, kurios galėtų perkelti energijos vartojimą ne piko metu, kai tinklo anglies dioksido intensyvumas yra mažesnis, raidą ir tiriame partnerystę su anglies dioksido surinkimo technologijomis, kurios ilgainiui leistų užtikrinti, kad laboratorijų veikla nesukeltų anglies dioksido emisijų. Vandenilio kuro elementai ir naujos kartos akumuliatorių saugyklos gali tapti švarios atsarginės energijos alternatyva dyzeliniams generatoriams. Pažangios statybinės medžiagos, pasižyminčios geresnėmis izoliacinėmis savybėmis ir dinamišku šilumos valdymu, galėtų 30-50 proc. sumažinti ŠVOK reikalavimus. Kadangi ląstelių kultūrų pramonė toliau auga, kad patenkintų didėjančius biofarmacijos ir mokslinių tyrimų poreikius, šių pažangių tvarumo technologijų integravimas bus labai svarbus siekiant atsieti augimą nuo poveikio aplinkai. Mūsų plane numatyta iki 2030 m. užtikrinti anglies dioksido neutralumą 1 ir 2 sričių išmetamųjų teršalų atžvilgiu, o iki 2040 m. - grynąjį nulinį išmetamųjų teršalų kiekį, įskaitant 3 srities išmetamuosius teršalus, todėl reikės nuolat diegti naujoves ir investuoti į naujus sprendimus.