Fundament dekarbonizacji przemysłu

Zmiany klimatyczne, napędzane globalną emisją gazów cieplarnianych (GHG), wymagają pilnych działań na rzecz redukcji emisji węgla. Przemysł procesowy jest jednym z głównych źródeł tych emisji, ale działania na rzecz dekarbonizacji w różnych sektorach mogą znacząco przyczynić się do redukcji emisji i osiągnięcia zerowej emisji netto do 2050 roku. Jeśli sektory o najwyższym poziomie emisji zredukują swoje emisje o połowę - co jest możliwe w perspektywie najbliższych dekad - globalne emisje zmniejszą się o około 15%. 

Budowanie podstaw dla dekarbonizacji przemysłu będzie wymagało globalnego przywództwa i skoordynowanych działań w każdym sektorze przemysłowym, a także ogromnych, ukierunkowanych inwestycji w innowacyjne, czyste i nowo powstające technologie, takie jak wodór i inne alternatywne paliwa.

Cały sektor energetyczny – obejmujący produkcję energii elektrycznej, ciepła oraz transport – odpowiada za około trzy czwarte globalnych emisji gazów cieplarnianych. Zużycie energii w przemyśle stanowi około jednej trzeciej całkowitych emisji. Znaczący udział w tych emisjach mają takie sektory jak produkcja żelaza i stali, przetwórstwo chemiczne i petrochemiczne, przemysł farmaceutyczny, produkcja ropy i gazu oraz produkcja cementu. 

Przemysł spożywczy i napojowy, metale nieżelazne – takie jak aluminium – przemysł celulozowo-papierniczy, obróbka mechaniczna, górnictwo, wydobycie surowców, budownictwo, przemysł tekstylny, wyroby z drewna oraz produkcja samochodów również w znaczącym stopniu przyczyniają się do emisji przemysłowych. 

Transport, który odgrywa kluczową rolę na każdym rynku przemysłowym, jest również istotnym źródłem emisji gazów cieplarnianych (GHG). Częściowo wynika to z generowania energii elektrycznej dla pojazdów elektrycznych (emisje pośrednie), a także z bezpośrednich emisji pochodzących ze spalania paliw kopalnych w celu zasilania transportu. 

Transport drogowy odpowiada za znaczną część globalnych emisji związanych ze spalaniem benzyny i oleju napędowego. Szacuje się, że około 60% emisji z transportu drogowego pochodzi z przewozów pasażerskich, a pozostałe 40% z transportu towarowego. 

Transport lotniczy, morski i kolejowy odpowiadają za pozostałą część emisji związanych z transportem. Na koniec, źle wykonane lub zaniedbane i nieszczelne rurociągi mogą powodować bezpośrednie emisje niezorganizowane, głównie metanu, który jest bardzo silnym gazem cieplarnianym. 

Ogólnie rzecz biorąc, największy odsetek emisji gazów cieplarnianych pochodzi ze spalania węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego w konwencjonalnych elektrowniach. Dlatego przejście na czystsze technologie wytwarzania energii jest kluczową ścieżką redukcji emisji węgla. 

Globalny cel przemysłu w zakresie dekarbonizacji jest powszechnie akceptowany jako „zerowa emisja netto do 2050 roku”. Jak pokazuje wykres, odnotowano postęp w redukcji emisji przemysłowych. Jednak nie wszystkie inicjatywy są jednoznacznymi zobowiązaniami do osiągnięcia zerowej emisji netto. 

Istnieje wiele uznanych ścieżek redukcji emisji dwutlenku węgla w zakładach przemysłowych, które zostaną omówione w kolejnych sekcjach. 

Globalne przywództwo i koordynacja handlu

Grupy liderów globalnych opracowały ścieżki redukcji emisji gazów cieplarnianych (GHG), w szczególności rozwijając inicjatywę Science Based Targets (SBTi), która określa cele dotyczące wpływu na klimat dla firm. SBTi to globalna inicjatywa założona przez Carbon Disclosure Project, Global Compact ONZ, World Resources Institute oraz World Wildlife Fund. Cele oparte na nauce (science-based targets) dostarczają obiektywnych wskaźników, które firmy i państwa mogą wykorzystać do oceny bieżących poziomów emisji GHG oraz określenia redukcji wymaganych, aby kontynuować program prowadzący do osiągnięcia zerowej emisji netto. Endress+Hauser jest członkiem SBTi od 2023 roku. 

Inwestycje w innowacyjne czyste technologie i efektywność energetyczną

Aby osiągnąć ambitne cele, takie jak zerowa emisja netto do 2050 roku, firmy muszą natychmiast rozpocząć planowanie inicjatyw dekarbonizacyjnych i przyspieszyć ich realizację w momencie, gdy technologie staną się wystarczająco rozwinięte, aby przynieść wymierne rezultaty. W tym celu rządy i przedsiębiorstwa prywatne inwestują w czyste technologie, takie jak zielony wodór, energia słoneczna, wiatrowa, hydroelektryczna, pływowa oraz jądrowa.

Ponieważ niektóre z tych technologii są obecnie mniej niezawodne od innych, należy zadbać o wypełnienie tymczasowych luk, zapewniając ciągłość dostaw energii. Wszystkie te technologie są neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla, co oznacza, że nie wytwarzają szkodliwych emisji do atmosfery. Dodatkowo przemysł musi dążyć do redukcji strat i nieprawidłowości w swoich procesach, takich jak wycieki, które przyczyniają się do niepotrzebnych emisji.

Obecne i nowo powstające technologie oraz praktyki w dekarbonizacji z wykorzystaniem wodoru

Zielony wodórjest całkowicie zrównoważony i nie emituje gazów cieplarnianych (GHG) podczas produkcji ani użytkowania. Jest łatwy w przechowywaniu, bardzo wszechstronny i może być łączony z innymi produktami, takimi jak gaz syntetyczny czy energia elektryczna. 

Jednak pomimo korzyści klimatycznych wodór ma również pewne wady. Przede wszystkim jego produkcja i wykorzystanie są droższe w porównaniu z innymi zielonymi źródłami energii. Ponadto istnieją obawy dotyczące jego skalowalności oraz miejsca w łańcuchu logistycznym. 

Wodór wykazuje jednak duży potencjał, co znajduje odzwierciedlenie w inwestycjach operatorów transportu lądowego i morskiego w badania i rozwój. Obiekty produkujące energię elektryczną również badają możliwości uzupełnienia – a nawet całkowitego zastąpienia – operacji opartych na gazie ziemnym wodorem. Dodatkowo wodór może być mieszany z gazem ziemnym w istniejących sieciach rurociągów, co pozwala na redukcję emisji. 

Odzysk ciepła i sprzężenie sektorowe 

Efektywna dekarbonizacja wymaga szerokiego zastosowania technologii odnawialnych źródeł energii. Szczególnie w sektorach ogrzewania, chłodzenia i odzysku ciepła. Dotyczy to także tradycyjnego sprzężenia procesów w systemach skojarzonego wytwarzania ciepła i energii (CHP), elektrociepłowniach oraz systemach ciepłowniczych. Sektor ogrzewania i chłodzenia pozostaje w tyle za sektorem energetycznym o około 10% pod względem działań na rzecz dekarbonizacji. 

Dekarbonizacja sektora ogrzewania jest szczególnie istotna w gęsto zaludnionych obszarach, takich jak Europa, Ameryka Północna, Indie i Chiny, ponieważ stanowi od jednej czwartej do połowy końcowego zużycia energii w tych regionach, a także dużą część emisji w pozostałych częściach świata. 

Aby sektor ogrzewania i chłodzenia mógł przyczynić się do redukcji emisji GHG, konieczne jest zwiększenie udziału odnawialnych źródeł energii. Inicjatywy związane ze sprzężeniem sektorowym – które mają na celu integrację operacji elektrycznych, grzewczych i transportowych w bardziej centralnie zarządzany i współzależny system optymalizujący efektywność energetyczną – również odgrywają kluczową rolę w tym procesie. 

Wykorzystanie zarówno bezpośredniej, jak i pośredniej elektryfikacji może zwiększyć elastyczność wykorzystania energii w tych sektorach, wraz ze zdolnością do redukcji i ponownego wykorzystania energii w systemach jej magazynowania. 

Plan dekarbonizacji przemysłu w celu osiągnięcia zerowej emisji netto 

Redukcja emisji dwutlenku węgla w całym przemyśle nie może być prowadzona w oderwaniu od innych sektorów gospodarki, ponieważ wymaga zaangażowania różnych interesariuszy, zarówno publicznych, jak i prywatnych. 

Ze względu na to, że redukcja emisji węglowych wiąże się z kosztami finansowymi dla poszczególnych przedsiębiorstw, jej powodzenie zależy od odpowiednich regulacji i systemów zachęt. Niektóre zmiany mogą być samofinansujące się, na przykład modyfikacja procesów w celu zmniejszenia zużycia energii i surowców przy zachowaniu tej samej wydajności produkcji. Jednak wiele działań na rzecz redukcji emisji węgla nie jest finansowo opłacalnych, nawet w dłuższej perspektywie. W takich przypadkach konieczne jest wprowadzenie zewnętrznych mechanizmów wsparcia, takich jak systemy kredytów węglowych, aby nadać inicjatywom odpowiedni impuls. 

Presja polityczna i społeczna wokół działań związanych z dekarbonizacją rośnie od dwóch dekad i zaczyna przynosić efekty. Jednak przy obecnym tempie fragmentarycznego postępu przemysł nie jest na dobrej drodze do osiągnięcia ambicji zerowej emisji netto do 2050 roku. Dlatego konieczne może być wprowadzenie systemów zachęt na skalę globalną, aby przyspieszyć transformację przemysłu w kierunku zrównoważonego rozwoju. 

Ponadto każdy sektor przemysłowy musi uzyskać dostęp do szerokiej gamy niskoemisyjnych źródeł energii - w tym zielonego wodoru, energii wodorowej, słonecznej, wiatrowej, pływowej (wciąż rozwijanej) i jądrowej - aby zapewnić wymaganą energię bez zwiększania emisji gazów cieplarnianych. Oprócz przyjaznych dla środowiska dostaw energii, technologie wychwytywania i składowania dwutlenku węgla wspomogą wysiłki organizacji na rzecz redukcji emisji.

Każdy zakład i sektor przemysłowy musi również dążyć do redukcji odpadów, jednocześnie poprawiając jakość produktów i efektywność operacyjną. Wdrożenie obiegu zamkniętego poprzez recykling zapewnia ochronę zasobów i minimalizację odpadów. 

Na koniec, wdrożenie technologii cyfryzacji zgodnych z koncepcjami Przemysłu 4.0/5.0, opartych na analizie danych pozyskiwanych z urządzeń obiektowych, umożliwi zastosowanie zaawansowanych koncepcji sterowania procesami w procesach produkcyjnych oraz w całym łańcuchu wartości. Tego typu inicjatywy zwiększą produktywność, poprawią kontrolę produkcji i zmniejszą ilość wytwarzanych odpadów.

Dekarbonizacja globalnego przemysłu, sektora energetycznego i transportu to ogromne wyzwanie, które wymaga zaangażowania interesariuszy zarówno publicznych, jak i prywatnych na całym świecie. To zadanie jest wykonalne, ale osiągnięcie celów zerowej emisji netto do 2050 roku będzie wymagało zbiorowego wysiłku.