Inovované tematické okruhy závěrečných práci reagují na aktuální výzvy. V médiích rezonují pojmy jako „Green Deal (Zelená dohoda)“, „udržitelnost“ či „oběhové hospodářství“. Ceny energií jsou nestabilní vzhledem ke světovým konfliktům a dosahují rekordních hodnot. Chcete hlouběji pochopit, co znamenají tyto pojmy a co se vlastně děje? Chcete zjistit, jak může technika přispět k řešení nových výzev, kterým bude muset průmysl v ČR v následujících letech čelit?

Níže uvedená témata se svým zaměřením a obsahem týkají především oborů „odpadové hospodářství“ a „průmysl“. Témata jsou koncipována tak, aby se student s danou problematikou seznámil, získal a sepsal odborné informace, které následně využije v dílčím výpočtu (praktické části práce). Rozsah, hloubka a náročnost výpočtů se může v jednotlivých zadáních lišit a je vždy přizpůsobena schopnostem studenta.

Širší souvislosti a provázanost témat se dozvíte v části Doplňkové informace.

Garant: Ing. David Poul, Ph.D. (VUT vizitka), Sekce energetických systémů a simulačních výpočtů

Nabízíme také možnost psaní práce v anglickém jazyce, pro bližší informace kontaktujte garanta nebo Ing. Xuexiu Jia, Ph.D.

Udržitelné výrobní procesy

Účelem výrobních procesů (strojírenských ale i jiných) je vytvářet výrobky. K tomu musí do procesu vstoupit materiály, které se průchodem procesem postupně transformují na výsledné produkty. Transformace probíhá postupně v tzv. jednotkových operacích. Protože tato transformace není stoprocentně účinná, je doprovázena vznikem odpadů.

Aby transformační procesy mohly probíhat, potřebují energii. Stroje potřebují elektřinu, v některých případech je potřeba ohřívat, chladit, spotřebovává se tlakový vzduch.

Výrobní firmy jsou nuceny se zabývat udržitelností, tj. snižovat svoji uhlíkovou stopu, snižovat spotřebu energie, snižovat tvorbu odpadů (včetně nebezpečných). Klíčem k úspěchu pak může být nasazení nových technologií.

Jako příklad lze uvést srovnání aditivní výroby (3D tisk) a konvenčního třískového obrábění. Ty se liší v produkci odpadů a energetické náročnosti. Aditivní technologie přidávají materiál vrstvu po vrstvě, což vede k minimalizaci odpadů, protože materiál je využíván efektivněji a pouze tam, kde je potřeba. Naopak, konvenční obrábění často zahrnuje odebírání materiálu z většího polotovaru, což generuje více odpadu. Co se týče energetické náročnosti, aditivní výroba může být v některých případech energeticky náročnější, zejména při použití technologií vyžadujících vysoké teploty nebo laserové systémy. Nicméně celková energetická bilance může být vyvážena snížením potřeby následného obrábění a úprav, díky přesnosti a efektivitě aditivních procesů.

Dále je možné posoudit dílčí opatření pro zefektivnění systémů jako jsou systémy dodávky stlačeného vzduchu, vzduchotechniky a ventilace, dopravy médií.

Jednou z možností analýzy je využít metodu LCA, tedy hodnocení životního cyklu celého procesu nebo jednotlivých výrobků či služeb.

Práce se v tomto okruhu zaměřují na:

• Seznámení se s problematikou udržitelnosti ve výrobních procesech a řešení jednotkových operací ve strojírenství
• Sběr dat s cílem vyhodnotit uhlíkovou stopu konkrétního podniku.
• Hodnocení životního cyklu (metoda LCA)

Pozn.: Jedná se o předběžný seznam témat. Témata vždy upravujeme na základě konkrétního zájmu studenta tak, aby student měl zadání dle jeho představ a závěrečná práce ho bavila a nebyla mu na obtíž. Na základě dohody s námi lze témata modifikovat, popř. vypsat další. Neváhejte proto kontaktovat garanta okruhu.

Udržitelné nakládání s odpady

V současnosti probíhá v Českém a Evropském odpadovém hospodářství bouřlivý vývoj související jak se stanovenými cíli v odpadovém hospodářství (např. odklon od skládkování využitelného odpadu), tak i s přechodem na tzv. oběhové hospodářství (cirkulární ekonomika). Výzvy se týkají jak odpadů komunálních, tak také průmyslových. Náklady na zpracování odpadů rostou, proto by se výrobní podniky měly zabývat tím, jak minimalizovat jejich vznik. Pokud už odpady vzniknou, měla by existovat snaha o jejich maximální využití, především pak recyklaci. Toho lze dosáhnout především změnou myšlení při návrhu výrobků a jejich obalů (tzv. eko-design), využitím kvalitních, efektivních a účelných technologií pro třídění.  

Studenti se budou podílet na zpracování vybraných dílčích úkolů, které se dotýkají produkce odpadů v průmyslu a komunální sféře.

Pozn. Součástí nakládání s odpady je také jejich doprava (logistika). Tuto problematiku jsme vyčlenili do samostatného okruhu Chytrá logistika: Vývoj a testování inovativních výpočtových nástrojů.

Práce se v tomto okruhu zaměřují na:

• Rešerše legislativy a současné úrovně poznání v odpadovém hospodářství.
• Zpracování rozsáhlých datových sad týkající se produkce odpadů, svozových tras, hmotnosti či implementace legislativních cílů.
• Analýza datových sad z reálných provozů.
• Zpracování výsledků a jejich analýza.

Pozn.: Jedná se o předběžný seznam témat. Témata vždy upravujeme na základě konkrétního zájmu studenta tak, aby student měl zadání dle jeho představ a závěrečná práce ho bavila a nebyla mu na obtíž. Na základě dohody s námi lze témata modifikovat, popř. vypsat další. Neváhejte proto kontaktovat garanta okruhu.

Doplňkové informace

Co řešíme: Činnosti v rámci sekce Energetických systémů a simulačních výpočtů se zaměřují na problematiku Udržitelnosti ve výrobních firmách a organizacích. Stát se udržitelnou pro firmu obvykle znamená:

• Vyřešit energie, popř. snížit její spotřebu
• Snížit spotřebu vstupních materiálů, snížit produkci odpadů, vyřešit nakládání s odpady
• Vyřešit logistiku (viz samostatný okruh zadání prací ZDE).

Dle charakteru konkrétní firmy pak, tyto tři položky mají různou důležitost. Proto se v rámci naší činnosti zabýváme:

1. Odpady, monitorování jejich toku na území ČR, prognózování jejich množství (vliv třídění a předcházení odpadů) a určování reálného potenciálu pro jejich recyklaci.
2. Hodnocení životní cyklu procesů a produktů (LCA analýza), zpracování dat pro potřeby ESG reportu
3. Doprava odpadů a dalších materiálů po silnici a železnici.

Kde a proč se pohybujeme na špičce

Témata úzce souvisí s řešením aktuálních výzkumných projektů a spoluprací s průmyslovou sférou.

V oblasti odpadů:

• V rámci projektu LiNES se zabýváme odpadem, který vzniká v souvislostí s rozšiřováním nových zdrojů energie. Dnes se jedná především o baterie a akumulátory, které se používají v lehkých dopravních prostředcích jako jsou elektrokoloběžky, elektrokola atd. S rozšiřováním obnovitelných zdrojů budou vzrůstat také odpady z vysloužilé fotovoltaiky a bateriových uložišť. Je potřeba mít jasnou strategii, jak s těmito odpady dále nakládat.
• Plán odpadového hospodářství ČR na období 2025-2035 –  V roce 2024 jsme ve spolupráci s Ministerstvem životního prostředí ČR pracovali na novém Plánu odpadového hospodářství. Jedná se o strategický dokument, který má navrhnout, jak bude ČR v následujících deseti letech nakládat s odpady.
• V roce 2024 jsme společně se společností CAJKU s.r.o. a IDEAWAYSOLUTION řešili studii proveditelnosti nakládání s komunálními odpady pro svazek 82 obcí z Uherskobrodska, Luhačovicka a Valašskokloboucka, reprezentující přes 105 tisíc obyvatel. V této komplexní studii, která měla za úkol zhodnotit současný stav nakládání s komunálními odpady na území svazku a navrhnout systém budoucího sběru, a logistiky odpadů, bylo VUT zodpovědné za vytvoření prognózy budoucího množství komunálních odpadů v řešeném území a současně výpočet nákladů na budoucí svoz odpadů z jednotlivých obcí do logistických center – překládacích stanic. K tomuto VUT využilo svůj původní a ojedinělý logistický model Popelka.

V oblasti průmyslu a udržitelnosti:

• Projekt Akcelerace zelených dovedností a udržitelnosti na VUT v Brně – Jsme součástí velkého projektu na VUT, který má za cíl rozvíjet vzdělávání v oblasti udržitelnosti na VUT. Inovujeme některé naše stěžejní předměty (jako jsou Energie Emise, Bilancování procesních a energetických zařízení, Stavba procesních zařízení). Současně s Fakultou stavební připravujeme nový kurz celoživotního vzdělávání zaměřený na udržitelnost
• Jsme součástí týmu, který zpracoval první zprávu o udržitelnosti VUT a podílí se na výpočtu emisní stopy VUT.