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A produção estava no auge do verão.A Lei de Chips e Ciência, que entrou em vigor em agosto, representa um investimento maciço na produção nacional nos Estados Unidos.O projeto de lei visa expandir substancialmente a indústria de semicondutores dos EUA, fortalecer as cadeias de abastecimento e investir em pesquisa e desenvolvimento para alcançar novos avanços tecnológicos.De acordo com John Hart, professor de engenharia mecânica e diretor do Laboratório de Manufatura e Produtividade do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, a Lei do Chip é apenas o exemplo mais recente de um aumento notável no interesse dos fabricantes nos últimos anos.O impacto da pandemia nas cadeias de abastecimento, na geopolítica global e na relevância e importância do desenvolvimento sustentável”, disse Hart.Inovações em tecnologias industriais.“Com o foco crescente na fabricação, a sustentabilidade precisa ser priorizada.Cerca de um quarto de todas as emissões de gases com efeito de estufa em 2020 provêm da indústria e da indústria transformadora.As fábricas e fábricas também podem esgotar o abastecimento de água local e produzir grandes quantidades de resíduos, alguns dos quais podem ser tóxicos.Para resolver estes problemas e garantir a transição para uma economia de baixo carbono, é necessário desenvolver novos produtos e processos industriais, juntamente com tecnologias de produção sustentáveis.Hart acredita que os engenheiros mecânicos têm um papel crítico a desempenhar neste papel de transição.“Os engenheiros mecânicos têm uma capacidade única de resolver problemas críticos que exigem tecnologias de hardware de última geração e sabem como dimensionar suas soluções”, disse Hart, professor e graduado do Departamento de Engenharia Mecânica do MIT.Oferece soluções para problemas ambientais, abrindo caminho para um futuro mais sustentável.Graduan: Cleantech Water Solutions A fabricação precisa de água, e em grande quantidade.Uma fábrica de semicondutores de médio porte utiliza mais de 10 milhões de galões de água por dia.o mundo está sofrendo cada vez mais com a seca.A Gradiant oferece soluções para esse problema hídrico.A empresa é liderada por Anurag Bajpayee SM '08 PhD '12 e Prakash Govindan PhD '12, co-fundadores e pioneiros em água sustentável ou projetos de “tecnologia limpa”.Bajpayee e Govindan, como estudantes de pós-graduação no Laboratório de Transferência de Calor em homenagem a Rosenova Kendall, compartilham o pragmatismo e uma propensão para a ação.Durante uma seca severa em Chennai, na Índia, Govindan desenvolveu para o seu doutoramento uma tecnologia de humidificação-desumidificação que imita o ciclo natural das chuvas.Uma tecnologia que chamaram de Carrier Gas Extraction (CGE), e em 2013 os dois fundaram a Gradient.CGE é um algoritmo proprietário que leva em consideração a variabilidade na qualidade e quantidade das águas residuais recebidas.O algoritmo é baseado em um número adimensional, que Govindan certa vez propôs chamar de número Linhard em homenagem ao seu supervisor.Se a qualidade da água no sistema mudar, nossa tecnologia envia automaticamente um sinal para ajustar a vazão para retornar o número adimensional para 1. Quando ele retornar ao valor 1, você estará no seu melhor”, explicou Govindan, COO da Gradiant .O sistema processa e trata águas residuais de fábricas para reutilização, economizando milhões de dólares por ano em galões de água.À medida que a empresa crescia, a equipe da Gradiant adicionou novas tecnologias ao seu arsenal, incluindo a extração seletiva de poluentes, um método econômico de remoção de apenas alguns poluentes e um processo chamado osmose reversa contracorrente, seu método de concentração de salmoura.Eles agora oferecem um conjunto completo de soluções tecnológicas para tratamento de água e águas residuais para clientes em indústrias como farmacêutica, energia, mineração, alimentos e bebidas, e a crescente indústria de semicondutores.“Somos fornecedores de soluções totais de abastecimento de água.Temos uma gama de tecnologias proprietárias e escolheremos nossa aljava com base nas necessidades de nossos clientes”, disse Bajpayee, CEO da Gradiant.“Os clientes nos veem como seus parceiros de água.Podemos resolver seus problemas hídricos do início ao fim para que eles possam se concentrar em seu negócio principal.“Gradun experimentou um crescimento explosivo na última década.Até à data, construíram 450 estações de tratamento de água e águas residuais que tratam o equivalente a 5 milhões de casas por dia.Com as recentes aquisições, o quadro total de funcionários cresceu para mais de 500 pessoas.As soluções se refletem em seus clientes, que incluem Pfizer, Anheuser-Busch InBev e Coca-Cola.Seus clientes também incluem gigantes de semicondutores como Micron Technology, GlobalFoundries, Intel e TSMC.”as águas residuais e a água ultrapura para semicondutores realmente aumentaram”, disse Bajpayee.Os fabricantes de semicondutores exigem água ultrapura para produzir água.O total de sólidos dissolvidos em comparação com a água potável é de algumas partes por milhão.Ao contrário do primeiro, a quantidade de água usada para a fabricação de microchips está entre partes por bilhão ou partes por quatrilhão. Atualmente, a taxa média de reciclagem em uma fábrica (ou fábrica) de semicondutores em Cingapura é de apenas 43%. essas fábricas podem reciclar 98-99% “dos 10 milhões de galões de água de que necessitam por unidade de produção.Essa água reciclada é limpa o suficiente para voltar ao processo de fabricação.”Eliminamos esta descarga de água poluída, praticamente eliminando a dependência da fábrica de semicondutores do abastecimento público de água.”Em Bajpayee, as fábricas estão sob pressão crescente para melhorar o uso da água, o que torna a sustentabilidade crítica.para mais fábricas nos EUA por meio de separação: filtração química eficiente, como Bajpayee e Govindan, Shreya Dave '09, SM '12, PhD '16 focada em dessalinização para seu PhD.Sob a orientação de seu orientador, Jeffrey Grossman, professor de Ciência e Engenharia de Materiais, Dave fabricou uma membrana que poderia fornecer dessalinização mais eficiente e barata.Após cuidadosa análise de custos e de mercado, Dave concluiu que suas membranas de dessalinização não poderiam ser comercializadas.“As tecnologias modernas são realmente boas no que fazem.fazer.Eles são baratos, produzidos em massa e funcionam muito bem.Não havia mercado para nossa tecnologia”, disse Dave.Pouco depois de defender a dissertação, ela leu um artigo de revisão na revista Nature que mudou tudo.O artigo identificou o problema.A separação química, que está no centro de muitos processos industriais, requer muita energia.A indústria precisa de membranas mais eficientes e menos dispendiosas.Dave pensou que ela poderia ter uma solução.Depois de identificarem que havia oportunidades económicas, Dave, Grossman e Brent Keller, PhD '16, criaram a Via Separations em 2017. Pouco tempo depois, escolheram a Engine como uma das primeiras empresas a receber financiamento de capital de risco do Massachusetts Institute of Technology.Atualmente, a filtração industrial é realizada aquecendo produtos químicos a temperaturas muito altas para separar os compostos.Dave compara isso a ferver toda a água até que ela evapore para fazer macarrão e o que sobra é espaguete.Na produção, este método de separação química consome muita energia e é ineficiente.A Via Separations criou o equivalente químico dos produtos de “filtro de massa”.Em vez de usar calor para separar, suas membranas “filtram” os compostos.Este método de filtração química consome 90% menos energia do que os métodos padrão.Embora a maioria das membranas seja feita de polímeros, as membranas Via Separations são feitas de grafeno oxidado, que pode suportar altas temperaturas e ambientes agressivos.A membrana é calibrada de acordo com as necessidades do cliente, alterando o tamanho dos poros e o ajuste químico da superfície.Atualmente, Dave e sua equipe estão se concentrando na indústria de papel e celulose como ponto de apoio.Eles desenvolveram um sistema que recicla uma substância conhecida como “licor negro” com maior eficiência energética.papel, apenas um terço da biomassa é utilizado para papel.No momento, o uso mais valioso dos dois terços restantes dos resíduos de papel é usar um evaporador para ferver água, transformando-a de um fluxo muito diluído em um fluxo muito concentrado”, disse Dave.a energia produzida é usada para alimentar o processo de filtração.”Este sistema fechado consome muita energia nos Estados Unidos.Podemos fazer isso colocando uma “rede de espaguete” no caldeirão, acrescenta Dave.VulcanForms: Manufatura Aditiva em Escala Industrial Ele ministra um curso sobre impressão 3D, mais conhecido como Manufatura Aditiva (AM).Embora não fosse seu foco principal na época, ele se concentrou na pesquisa, mas achou o tema fascinante.Assim como muitos alunos da turma, incluindo Martin Feldmann MEng '14.Feldmann ingressou no grupo de pesquisa de Hart em tempo integral após receber o título de mestre em manufatura avançada.Lá eles se uniram por um interesse mútuo em AM.Eles viram uma oportunidade de inovar usando uma tecnologia comprovada de fabricação de metal aditivo, conhecida como soldagem a laser em leito de pó, e propuseram levar o conceito de fabricação de metal aditivo para uma escala industrial.Em 2015 eles fundaram a VulcanForms.“Desenvolvemos a arquitetura de máquina AM para produzir peças de qualidade e produtividade excepcionais”, disse Hart."E nós.Nossas máquinas foram integradas a um sistema de fabricação totalmente digital que combina manufatura aditiva, pós-processamento e usinagem de precisão.“Ao contrário de outras empresas que vendem impressoras 3D para fabricar peças, a VulcanForms usa sua frota de veículos para fabricar e vender peças de máquinas industriais aos clientes.VulcanForms cresceu para quase 400 funcionários.A equipe abriu sua primeira produção no ano passado.empreendimento chamado “VulcanOne”.A qualidade e a precisão das peças produzidas pela VulcanForms são essenciais para produtos como implantes médicos, trocadores de calor e motores de aeronaves.Suas máquinas podem imprimir finas camadas de metal.“Produzimos peças difíceis de fabricar ou, em alguns casos, impossíveis de fabricar”, acrescentou Hart, membro do conselho de administração da empresa.A tecnologia desenvolvida pela VulcanForms pode ajudar a produzir peças e produtos de forma mais sustentável, seja diretamente através de um processo aditivo, ou indiretamente através de uma cadeia de fornecimento mais eficiente e flexível. Uma das maneiras pelas quais a VulcanForms e a AM como um todo contribuem para a sustentabilidade é através de economia de material.Muitos dos materiais usados ​​no VulcanForms, como ligas de titânio, requerem muita energia.uma peça de titânio, você usa muito menos material do que os processos de usinagem tradicionais.A eficiência dos materiais é onde Hart vê a AM fazendo uma enorme diferença em termos de economia de energia.Hart também aponta que a AM pode acelerar a inovação em tecnologias de energia limpa, desde motores a jato mais eficientes até futuros reatores de fusão. transformador nesse aspecto”, acrescenta Hart.Produto: Fricção.O professor de engenharia mecânica Kripa Varanasi e a equipe da LiquiGlide estão comprometidos em criar um futuro sem atrito e reduzir significativamente o desperdício no processo.Fundada em 2012 por Varanasi e pelo ex-aluno David Smith SM '11, a LiquiGlide desenvolveu revestimentos especiais que permitem que líquidos “deslizem” sobre as superfícies.Cada gota do produto vai para uso, seja espremido de um tubo de pasta de dente ou drenado de um pote de 500 litros na fábrica.Os recipientes sem atrito reduzem drasticamente o desperdício de produtos e não há necessidade de limpar os recipientes antes de reciclá-los ou reutilizá-los.a empresa fez grandes avanços no setor de produtos de consumo.Um cliente da Colgate usou a tecnologia LiquiGlide no design de um frasco de creme dental Colgate Elixir, que ganhou vários prêmios de design do setor.A LiquiGlide fez parceria com o designer de renome mundial Yves Behar para aplicar sua tecnologia à beleza e higiene de embalagens de produtos pessoais.Ao mesmo tempo, a Food and Drug Administration dos EUA forneceu-lhes um dispositivo mestre.As aplicações biofarmacêuticas criam oportunidades.Em 2016, a empresa desenvolveu um sistema que permite a produção de contêineres sem atrito.tratamento superficial de tanques de armazenamento, funis e moegas, evitando que o material grude nas paredes.O sistema pode reduzir o desperdício de material em até 99%.“Isso pode realmente ser uma virada de jogo.Isso economiza desperdício de produtos, reduz águas residuais provenientes da limpeza de tanques e ajuda a tornar o processo de fabricação livre de resíduos”, disse Varanasi, presidente da LiquiGlide.superfície do recipiente.Quando aplicado em um recipiente, o lubrificante ainda é absorvido pela textura.As forças capilares estabilizam e permitem que o líquido se espalhe pela superfície, criando uma superfície permanentemente lubrificada sobre a qual qualquer material viscoso pode deslizar.A empresa utiliza algoritmos termodinâmicos para determinar as combinações seguras de sólidos e líquidos dependendo do produto, seja pasta de dente ou tinta.A empresa construiu um sistema de pulverização robótico que pode manusear contêineres e tanques na fábrica.Além de economizar milhões de dólares para a empresa em desperdício de produtos, a LiquiGlide reduz significativamente a quantidade de água necessária para limpar regularmente esses recipientes, onde o produto geralmente gruda nas paredes.Requer limpeza com bastante água.Por exemplo, na agroquímica, existem regras rigorosas para a eliminação das águas residuais tóxicas resultantes.Tudo isso pode ser eliminado com o LiquiGlide”, disse Varanasi.Embora muitas fábricas tenham fechado no início da pandemia, retardando a implementação de projetos-piloto CleanTanX nas fábricas, a situação melhorou nos últimos meses.Varanasi está vendo uma demanda crescente pela tecnologia LiquiGlide, especialmente para líquidos como pastas semicondutoras.Empresas como Gradant, Via Separations, VulcanForms e LiquiGlide estão provando que a expansão da produção não precisa ter um alto custo ambiental.A manufatura tem potencial para crescer de forma sustentável.”engenheiros mecânicos, a fabricação sempre foi o centro do nosso trabalho.Em particular, no MIT, sempre houve um compromisso em tornar a produção sustentável”, disse Evelyn Wang, professora de engenharia da Ford e ex-presidente do departamento de engenharia mecânica.nosso planeta é lindo.“Com leis como o CHIPS e o Science Act estimulando a produção, haverá uma demanda crescente por start-ups e empresas que desenvolvam soluções que mitiguem o impacto ambiental, aproximando-nos de um futuro mais sustentável.
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