Dekarbonizacja w przemyśle przetwórczym

Zmiany klimatyczne, napędzane przez emisje gazów cieplarnianych, stanowią pilne globalne wyzwanie, wymagające natychmiastowych i zdecydowanych działań dekarbonizacyjnych we wszystkich sektorach biznesowych. Wysiłki te są niezbędne do zmniejszenia emisji dwutlenku węgla do atmosfery i chociaż niektóre branże są z natury bardziej emisyjne niż inne, każda branża procesowa ma potencjał do łagodzenia skutków tej emisji.

Te możliwości i metody obejmują redukcję emisji, wychwytywanie dwutlenku węgla, optymalizację wydajności procesów oraz przejście na alternatywne źródła paliwa i metody produkcji. Łącznie wysiłki te określa się mianem dekarbonizacji, czyli zmniejszenia wpływu emisji dwutlenku węgla do atmosfery na środowisko. Niniejszy artykuł zagłębia się w złożoność dekarbonizacji przemysłu przetwórczego, badając praktyczne strategie oraz kluczową rolę współpracy i technologii w osiągnięciu zerowej emisji netto w przyszłości.

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 ten 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.

Redukowanie tych emisji jest nie tylko imperatywem środowiskowym, ale także ma kluczowe znaczenie dla wypełniania zobowiązań korporacyjnych w zakresie ochrony środowiska, spraw społecznych i ładu korporacyjnego (ESG) oraz zapewnienia długoterminowej stabilności gospodarczej.

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.

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.

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.

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 optymalizacja, 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.
• Zarządzalne 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.

Dekarbonizacja przemysłu przetwórczego nie jest wyizolowanym przedsięwzięciem, ale zbiorowym wysiłkiem wymagającym współpracy i wymiany wiedzy między branżami, łańcuchami wartości i dostawcami technologii. Otwarta współpraca wokół skutecznych strategii, napotkanych wyzwań i wyciągniętych wniosków może przyspieszyć postęp i zainspirować innowacje w całym sektorze.
.

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.

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 fundamentach—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.