Dekarbonizacja: Twoja strategia osiągnięcia zerowego bilansu emisji w branży przetwórczej
Dekarbonizacja nie jest już kwestią wyboru – to strategiczna decyzja dotycząca przyszłości przemysłu przetwórczego: choć branże takie jak chemiczna, stalowa oraz naftowo-gazowa stoją przed trudnym wyzwaniem osiągnięcia zerowej emisji netto, każda jednostka operacyjna ma ogromną szansę na zmniejszenie swojego śladu węglowego
W skrócie
- Podwójne wyzwanie: Kluczowe gałęzie przemysłu przetwórczego (np. chemiczny, stalowy, cementowy, energetyczny) muszą zająć się kwestią wysokiej energochłonności swojej działalności, a także emisjami nieodłącznie związanymi z procesami produkcyjnymi.
- Cztery filary: Osiągnięcie zerowego bilansu emisji zależy od jasnej strategii opartej na czterech filarach: optymalizacji procesów, czystych paliwach, energii odnawialnej oraz gospodarce obiegowej.
- Ukierunkowana redukcja: Sukces zaczyna się od zminimalizowania ilości odpadów i bezpośrednich emisji poprzez wykorzystanie technologii takich jak CCUS (wychwytywanie, utylizacja i składowanie dwutlenku węgla).
- Przejście na czystą energię: Niezbędna transformacja wiąże się z wprowadzeniem paliw takich jak ekologiczny wodór oraz integracją odnawialnych źródeł energii poprzez elektryfikację.
- Strategia etapowa: Wdrażanie powinno przebiegać zgodnie z podejściem etapowym, aby zarządzać ryzykiem, zapewnić ciągłe zdobywanie wiedzy oraz nabrać rozpędu w dążeniu do udanej dekarbonizacji.
- Wspólne działania: Przyspieszenie transformacji wymaga ścisłej współpracy w całym łańcuchu wartości oraz wykorzystania wiedzy specjalistycznej dostawców oprzyrządowania i technologii.
Czym jest dekarbonizacja?
Dekarbonizacja to proces polegający na zmniejszaniu wpływu emisji dwutlenku węgla do atmosfery na środowisko. Polega ona na ograniczaniu emisji, wychwytywaniu dwutlenku węgla, optymalizacji wydajności procesów oraz przechodzeniu na alternatywne źródła paliw. To coś więcej niż tylko trend – to kluczowa odpowiedź na zmiany klimatyczne spowodowane emisjami gazów cieplarnianych. Dlatego też, mimo że niektóre gałęzie przemysłu są z natury rzeczy bardziej emisyjne niż inne, każda branża przetwórcza ma potencjał do wprowadzenia znaczących działań łagodzących. Dekarbonizacja przemysłowa stała się bowiem kwestią o znaczeniu ogólnokrajowym we wszystkich sektorach gospodarki.
Kwestie związane z zanieczyszczeniem środowiska są tak pilne, że stały się kluczowym wyzwaniem globalnym, wymagającym natychmiastowych i zdecydowanych działań w celu spełnienia wymogów środowiskowych związanych ze zmianami klimatu, w tym celów dotyczących zerowej emisji netto, ustalonych w drodze międzynarodowego konsensusu, takiego jak Porozumienie Paryskie.
Czy jesteś gotowy, by podjąć wyzwanie związane z osiągnięciem zerowej emisji netto i zintensyfikować działania swojej firmy na rzecz zmniejszenia śladu węglowego? Niniejszy artykuł wyjaśnia tę złożoną kwestię, przedstawiając praktyczne metody dekarbonizacji oraz kluczową rolę technologii w przemyśle przetwórczym.
Jak procesy o najwyższej emisji dwutlenku węgla wpływają na cele w zakresie dekarbonizacji przemysłu?
Niektóre branże stoją przed wyjątkowymi wyzwaniami na drodze do dekarbonizacji ze względu na nieodłączną intensywność emisji dwutlenku węgla w ich podstawowych procesach. Należą do nich:
- Chemia i rafinacja ropy naftowej: Proces rafinacji, w szczególności produkcja wodoru poprzez reforming parowy metanu (SMR) z gazu ziemnego, jest głównym źródłem emisji dwutlenku węgla. Wodór ma kluczowe znaczenie dla różnych procesów, w tym hydrorafinacji, która usuwa siarkę i inne zanieczyszczenia z produktów rafinacji. Ten sam proces jest również wykorzystywany do produkcji amoniaku stosowanego w produkcji nawozów i w innych ważnych procesach produkcyjnych.
- Produkcja cementu i wapna: Produkcja cementu i wapna obejmuje kalcynację, proces wysokotemperaturowy, który uwalnia dwutlenek węgla jako produkt uboczny. Powszechne wykorzystanie paliw kopalnych, takich jak węgiel i koks naftowy w tych procesach pogarsza ich ślad węglowy.
- Produkcja żelaza i stali: Przekształcanie rudy żelaza w żelazo i stal, opierające się w dużej mierze na wielkich i konwertorowych piecach tlenowych, uwalnia znaczne ilości dwutlenku węgla. Jest to dodatkowo potęgowane przez energochłonny charakter kolejnych procesów, takich jak ciągłe odlewanie, walcowanie na gorąco i inne operacje formowania.
- Żywność i napoje: Począwszy od rolnictwa i pozyskiwania składników po przetwarzanie, pakowanie i dystrybucję, sektor spożywczy w dużym stopniu opiera się na paliwach kopalnych i tym samym przyczynia się do ogólnego śladu węglowego.
Te gałęzie przemysłu, choć mają fundamentalne znaczenie dla współczesnego społeczeństwa, odpowiadają za znaczną część globalnej emisji gazów cieplarnianych. W samych Stanach Zjednoczonych odpowiadają one za ponad 75% całkowitej przemysłowej emisji dwutlenku węgla.
Przemysł znacząco przyczynia się do globalnej emisji gazów cieplarnianych.
Wnioski
Przemysł chemiczny i naftowy, cementowy i wapienniczy, hutniczy oraz spożywczy odpowiadają za ponad 75% całkowitej przemysłowej emisji dwutlenku węgla.
Źródło: ourworldindata.org
Redukowanie tych emisji jest nie tylko imperatywem środowiskowym, ale także ma kluczowe znaczenie dla wypełniania zobowiązań przedsiębiorstw w zakresie ochrony środowiska, spraw społecznych i ładu korporacyjnego (ESG) oraz zapewnienia długoterminowej stabilności gospodarczej.
Radzenie sobie powiązanymi ze sobą wyzwaniami dotyczącymi energochłonności i emisji procesowych
Co więcej, wiele z tych wysokoemisyjnych procesów jest również wysoce energochłonnych. Stwarza to podwójne wyzwanie: zmniejszenie emisji z samych procesów, przy jednoczesnej dekarbonizacji źródeł energii wykorzystywanych do ich zasilania.
Na przykład rafinerie wymagają ogromnych ilości energii do procesów takich jak hydrokraking, destylacja atmosferyczna i kraking katalityczny. Zależność od paliw kopalnych dla tych potrzeb energetycznych jeszcze bardziej zwiększa ogólny wpływ procesów na środowisko.
Nowoczesne rafinerie oferują wiele możliwości dekarbonizacji.
Produkcja cementu i wapna opiera się w dużej mierze na piecach obrotowych wykorzystywanych w procesie zwanym kalcynacją, w którym wapień i inne minerały są podgrzewane do wysokich temperatur. W procesie tym uwalniane są znaczne ilości dwutlenku węgla, a wiek instalacji odgrywa znaczącą rolę w wydajności. Starsze instalacje często nie posiadają zaawansowanych systemów podgrzewania wstępnego, co skutkuje niższym odzyskiem ciepła i ogólnie gorszą wydajnością energetyczną i procesową.
Aby zwiększyć wydajność energetyczną cementowni, surowce mogą być podgrzewane przed wprowadzeniem do pieca.
Procesy produkcji żelaza, stali i innych metali podobnie wymagają ogromnych nakładów energii na ogrzewanie, topienie i kształtowanie, często w dużym stopniu opierając się na paliwach kopalnych, takich jak gaz ziemny i węgiel. Aby skutecznie sprostać tym wzajemnie powiązanym wyzwaniom, branże przetwórcze muszą przyjąć kompleksową strategię dekarbonizacji opartą na czterech filarach, z których każdy podkreśla punkty centralne dla osiągnięcia działalności o zerowej emisji netto.
Cztery fundamenty solidnej strategii dekarbonizacji
Strategia
-
Ograniczanie emisji dwutlenku węgla poprzez optymalizację procesów
Pierwszy filar skupia się na ograniczeniu lub wyeliminowaniu bezpośrednich produktów ubocznych procesów w postaci dwutlenku węgla. Często wymaga to zmiany paradygmatu operacyjnego i zastosowania innowacyjnych technologii. Optymalizacja procesów zazwyczaj obejmuje dopracowanie istniejących operacji w celu zminimalizowania zużycia energii i wytwarzania odpadów. Można to osiągnąć dzięki zaawansowanym systemom kontroli procesów, analizie danych i wdrażaniu najlepszych praktyk w zakresie wykorzystania zasobów. Kluczowe znaczenie ma również badanie i wdrażanie alternatywnych technologii, które są z natury mniej emisyjne. Może to obejmować przejście na odnawialne zelektryfikowane źródła energii tam, gdzie jest to wykonalne, wykorzystanie bardziej wydajnego sprzętu i wdrożenie technologii wychwytywania, utylizacji i składowania dwutlenku węgla (CCUS) w przypadku nieuniknionych emisji). Podstawowym celem CCUS jest na przykład zapobieganie uwalnianiu dwutlenku węgla do atmosfery poprzez zbieranie i magazynowanie gazów odlotowych. W niektórych przypadkach konieczne może być gruntowne przeprojektowanie procesu w celu znacznego ograniczenia emisji. Może to obejmować przejście na zupełnie nowe metody produkcji, wykorzystanie innych surowców lub zbadanie alternatywnych chemikaliów, które minimalizują lub eliminują wytwarzanie dwutlenku węgla.
-
Wprowadzenie czystych paliw
Drugi filar wiąże się z odejściem od paliw kopalnych i wprowadzeniem czystszych alternatyw, takich jak wodór, do wytwarzania energii, aby pomóc w dekarbonizacji przemysłu przetwórczego. Zielony wodór jest produkowany w procesie elektrolizy z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii, zapewniając całkowicie bezemisyjne źródło paliwa. Ma on ogromny potencjał dla różnych zastosowań w przemyśle , w tym zastępowania gazu ziemnego w procesach wysokotemperaturowych i wykorzystania go jako surowca do produkcji niskoemisyjnych chemikaliów i paliw. Biopaliwa pochodzą ze źródeł odnawialnych, takich jak odpady rolnicze, pozostałości drewna i inne substancje organiczne, oferując bardziej zrównoważoną alternatywę dla paliw kopalnych. Podczas gdy ich spalanie uwalnia dwutlenek węgla, procesy te są uważane za neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla, ponieważ węgiel został pierwotnie pochłonięty z atmosfery podczas wzrostu surowca.
-
Dekarbonizacja zużycia energii
Trzeci filar obejmuje przejście na czystsze źródła energii we wszystkich aspektach jej wykorzystania, od zasilania maszyn i urządzeń po dostarczanie ciepła do różnych procesów. Kluczowe znaczenie ma włączenie do koszyka energetycznego odnawialnych źródeł energii, takich jak energia słoneczna, wiatrowa, wodna i geotermalna. Może to polegać na wytwarzaniu energii na miejscu za pomocą farm słonecznych lub turbin wiatrowych, pozyskiwaniu energii odnawialnej od przedsiębiorstw użyteczności publicznej i uczestniczeniu w umowach zakupu energii odnawialnej. Tam, gdzie to możliwe, elektryfikacja może również znacznie ograniczyć emisje. Jest to szczególnie istotne w przypadku procesów takich jak ogrzewanie i transport, gdzie alternatywy elektryczne stają się coraz bardziej opłacalne.
-
Redukcja odpadów i produktów na rzecz obiegu zamkniętego i wydajności
Czwarty filar podkreśla znaczenie minimalizacji odpadów w całym procesie produkcyjnym w celu zmniejszenia zarówno zużycia energii, jak i emisji. Wdrożenie zaawansowanych systemów kontroli procesów i analizy danych, opartych na danych dostarczanych przez oprzyrządowanie, może pomóc w identyfikacji nieefektywności i optymalizacji procesów w celu zminimalizowania wytwarzania odpadów u źródła. Co więcej, strumienie odpadów mogą zostać przekształcone w cenne produkty lub surowce do innych zastosowań, co przyczynia się do gospodarki o obiegu zamkniętym i zmniejsza obciążenie środowiska wynikające z produktów ubocznych. Wdrażając działania w ramach tego filaru, organizacje ułatwiają zmianę sposobu myślenia z liniowego modelu „weź-wyprodukuj-wyrzuć” na zasady gospodarki o obiegu zamkniętym, które koncentrują się na ponownym wykorzystaniu, przekształcaniu i utrzymywaniu zasobów w obiegu tak długo, jak to możliwe. Taka filozofia jest niezbędna do osiągnięcia długoterminowego zrównoważonego rozwoju.
Budowanie dynamiki na rzecz długoterminowego sukcesu poprzez podejście etapowe
Droga do dekarbonizacji złożonych branż procesowych najlepiej przebiega w oparciu o podejście etapowe, koncentrujące się na stopniowych, ale znaczących ulepszeniach osiąganych w czasie. Pozwala to na:
- Ciągłe uczenie się i optymalizację, dzięki cennym danym i spostrzeżeniom dostarczanym na każdym etapie, które można wykorzystać do udoskonalenia kolejnych strategii. Zapewnia to ciągłe doskonalenie i optymalizację podejmowanych działań w zakresie dekarbonizacji.
- Przewidywalne inwestycje i ograniczanie ryzyka, co pozwala na strategiczną alokację inwestycji i minimalizuje ryzyko finansowe związane z niesprawdzonymi technologiami.
- Budowanie popytu i demonstrowanie postępów. Sukces na początkowych etapach buduje wewnętrzne i zewnętrzne zaufanie, przyciągając dalsze inwestycje i przyspieszając przejście do przyszłości o zerowej emisji netto.
Na przykład, wiele firm podejmujących kroki w kierunku dekarbonizacji obecnie wykorzystuje alternatywy o niższej emisji węgla w porównaniu do tradycyjnych paliw kopalnych, takie jak gaz ziemny, zwany paliwem przejściowym. Gaz ziemny emituje podczas spalania około połowy dwutlenku węgla w porównaniu z węglem i może być łatwo transportowany jako skroplony gaz ziemny (LNG) do regionów pozbawionych własnych zasobów gazu ziemnego, stanowiąc pomost do całkowicie zdekarbonizowanych źródeł energii.
Przyspieszenie transformacji dzięki współpracy i postępowi technologicznemu
Dekarbonizacja przemysłu nie jest działaniem podejmowanym w pojedynkę, lecz wspólnym wysiłkiem, wymagającym współpracy i wymiany wiedzy pomiędzy różnymi sektorami przemysłu, łańcuchami wartości oraz dostawcami technologii. Otwarta współpraca wokół skutecznych strategii, napotkanych wyzwań i wyciągniętych wniosków może przyspieszyć postęp i zainspirować innowacje w całym sektorze.
Wnioski
Dekarbonizacja przemysłu nie jest działaniem podejmowanym w pojedynkę, lecz wspólnym wysiłkiem, wymagającym współpracy i wymiany wiedzy pomiędzy różnymi sektorami przemysłu, łańcuchami wartości oraz dostawcami technologii.
Ponadto, współpraca z dostawcami i klientami w celu promowania zrównoważonych praktyk i redukcji emisji w całym łańcuchu wartości ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia kompleksowej dekarbonizacji. Podmioty z branży powinny również wykorzystać wiedzę i innowacyjne rozwiązania firm technologicznych specjalizujących się w automatyzacji, oprzyrządowaniu, analizie danych, energii odnawialnej i optymalizacji procesów, aby przyspieszyć strategiczne wdrażanie dekarbonizacji.
Firmy takie jak Endress+Hauser odgrywają kluczową rolę w tej transformacji, dostarczając nowoczesne technologie oprzyrządowania, rozwiązania w zakresie komunikacji pomiędzy instalacjami, wiedzę opartą na danych i dogłębne zrozumienie procesów przemysłowych, aby pomóc firmom zoptymalizować działalność, zmniejszyć ich wpływ na środowisko i osiągnąć ambitne cele w zakresie zrównoważonego rozwoju.
Wspólne zaangażowanie na rzecz zrównoważonej przyszłości
Dekarbonizacja globalnej gospodarki, w szczególności branż procesowych, to ogromne wyzwanie, ale jednocześnie cel, który można osiągnąć, przynosząc znaczące i trwałe pozytywne skutki. Chociaż całkowita i natychmiastowa dekarbonizacja niektórych procesów jest nierealistyczna, zaangażowanie w ciągłe doskonalenie, wprowadzanie innowacji i wspieranie współpracy może utorować drogę do czystszej i bardziej zrównoważonej przyszłości.
Droga do neutralności węglowej opiera się na podejściu wieloaspektowym: minimalizacji odpadów procesowych, stosowaniu czystych paliw, przechodzeniu na odnawialne źródła energii oraz wdrażaniu zasad gospodarki o obiegu zamkniętym w celu ograniczenia generowania odpadów. Opierając się na tych czterech filarach — i wykorzystując siłę technologii, wspólnych działań oraz ciągłego uczenia się — branże procesowe mogą odegrać wiodącą rolę w dekarbonizacji, realizując cele neutralności węglowej i zapewniając bardziej zrównoważone środowisko dla przyszłych pokoleń.
