Przemysł chemiczny musi wymyślić się na nowo

• Strona główna
• Artykuły
• Przemysł chemiczny musi wymyślić się na nowo

2023-07-19  / Autor: Armin Scheuermann, Achema

Czas nagli, a limity związane z emisją dwutlenku węgla są ograniczone. To, co dotyczy prawie wszystkich dziedzin życia, dotyczy również w szczególności globalnej emisji gazów cieplarnianych. 196 krajów uzgodniło w Paryżu w 2015 r. ograniczenie globalnego ocieplenia do poziomu poniżej 2°C i, jeśli to możliwe, nieprzekraczania nawet 1,5°C. Naukowcy zajmujący się klimatem obliczyli, co jest potrzebne, aby to osiągnąć – nie tylko w procentach, ale także w liczbach bezwzględnych.

W 2018 r. limity emisji dwutlenku węgla, gazu cieplarnianego, nadal wynosiły 800 gigaton. Według szacunków Poczdamskiego Instytutu Badań nad Wpływem Klimatu, była to maksymalna ilość CO₂, jaką światowa społeczność mogła w tym czasie uwolnić do atmosfery ziemskiej bez narażania na szwank celu +1,8°C. Ale zegar tyka: ponieważ paliwa kopalne były wykorzystywane również w latach 2018-2022, to od tego czasu wielkość dostępnego limitu została zmniejszona średnio o 36,4 Gt rocznie, co oznacza, że od 2023 r. pozostało 618 gigaton.

Najwięksi emitenci wyznaczyli zatem konkretne cele: Chiny z udziałem 32,9% rocznej światowej emisji CO₂ i Rosja (5,1%) chcą osiągnąć neutralność klimatyczną do 2060 roku, USA (12,6%) i Europa (7,3%) już do 2050 r., Indie (7%) dopiero do 2070 r., zaś Japonia (2,9%) i Korea Południowa (1,7%) do 2050 r. Prosta, przybliżona kalkulacja pokazuje, że emisje muszą spaść znacznie wcześniej, aby sprostać postawionym celom.

Przemysł chemiczny pod presją dekarbonizacji

Przemysł chemiczny ma do odegrania ważną rolę z dwojakich powodów. Z jednej strony odpowiada za około 5% emisji CO₂, a z drugiej strony ze swoimi produktami jest kluczem do większości technologii służących do wdrożenia modelu gospodarki neutralnej dla klimatu. Wynika to z dwóch przyczyn emisji gazów cieplarnianych w przemyśle chemicznym: produkcji energii (ok. 60%) i reakcji chemicznych (40%).

Cele klimatyczne, które stawiają sobie firmy chemiczne, nie wynikają wyłącznie z altruizmu. Inwestorzy wywierają na nie dużą presję: coraz więcej funduszy finansowych inwestuje tylko w firmy, które podejmują działania mające na celu ograniczenie emisji gazów cieplarnianych.

Ponieważ największe koncerny chemiczne wybrały w swoich centralach własny cel czasowy, co do neutralności klimatycznej, zgodny z celami krajowymi, to istnieje silna zależność: jeśli cele nie zostaną osiągnięte, to firmom grożą kary finansowe lub wręcz zamknięcie działalności.

Spojrzenie na plany największych koncernów chemicznych pokazuje, że branża staje na wysokości zadania. Wielkie zachodnie korporacje chcą działać w sposób neutralny dla klimatu i osiągnąć swe cele najpóźniej do 2050 roku. Z myślą o tym wyznaczyły sobie kamienie milowe.

Niemiecka firma chemiczna BASF chce do 2030 roku zastąpić wszystkie paliwa kopalne energią elektryczną ze źródeł odnawialnych. Amerykańska firma Dow koncentruje się na cyklach materiałowych i planuje do 2030 roku wykorzystywać odpady tworzyw sztucznych i surowce alternatywne, aby następnie produkować rocznie 3 miliony ton produktów nadających się do recyklingu. ExxonMobil Chemicals planuje do 2030  r. wyemitować o 20-30% mniej gazów cieplarnianych niż w 2016 r. Plany innych dużych koncernów chemicznych są jeszcze bardziej ambitne: brytyjska grupa petrochemiczna INEOS zamierza do 2030  r. zmniejszyć swoją emisję o jedną trzecią w porównaniu z 2019 r., a Mitsubishi Chemical (Japonia) i SABIC (Arabia Saudyjska) wyznaczyły sobie podobne cele z różnymi latami referencyjnymi.

Jak dotąd niejasne pozostają jedynie zamiary potężnej chińskiej firmy Sinochem, która w 2021 roku połączyła się z ChemChina. Poza ogólnym odniesieniem do wdrożenia działań na rzecz poprawy efektywności energetycznej, Sinochem deklaruje jedynie realizację celów zbieżnych z ogólnymi celami chińskiego rządu w zakresie zrównoważonego rozwoju. Te zaś zakładają osiągnięcie neutralności klimatycznej do 2060 r. i osiągnięcie maksymalnej rocznej emisji CO₂ najpóźniej do 2030 r.

Część globalnych firm chemicznych spodziewa się, że szybka dekarbonizacja opłaci się im także ekonomicznie. Coraz więcej klientów już podczas zawierania umów zwraca uwagę na ślad węglowy produktów. Uwzględniane są już nie tylko emisje ze spalania paliw kopalnych (zakres 1), ale obecnie rozważa się również pośrednie emisje gazów cieplarnianych z zakupionej energii (zakres 2) lub w łańcuchu dostaw na wyższym i niższym szczeblu tego łańcucha (zakres 3). Na przykład producent tworzyw sztucznych Covestro planuje stać się neutralny klimatycznie w odniesieniu do zakresu 1 i 2 już w 2035 r., a następnie chce całkowicie zamknąć cykle produkcyjne, aby osiągnąć neutralność klimatyczną również w odniesieniu do zakresu 3.

Transformacja jest konieczna

Światowa chemia musi wymyślić się na nowo, co oznacza, że proces ten wymaga nowych sposobów wytwarzania i wykorzystywania energii, nowych form współpracy między firmami chemicznymi, dostawcami surowców i odbiorcami produktów, a także nowych procesów. Chociaż globalna chemia syntetyzuje tysiące związków, to największy potencjał redukcji emisji można zawęzić do ośmiu produktów: 75% emisji gazów cieplarnianych pochodzi z produkcji amoniaku, etylenu, propylenu, kwasu azotowego, sadzy, kaprolaktamu, sody kalcynowanej i fluorochemikaliów.

Jednym z podejść do produkcji etylenu i propylenu jest opracowanie ogrzewanych elektrycznie krakerów parowych. Jest to obecnie rozwiązanie promowane przez wiele firm chemicznych. Dzieje się tak dlatego, że piece krakingowe, w których z benzyny ciężkiej, etanu, propanu i butanu wytwarzane są podstawowe materiały do produkcji tworzyw sztucznych i podstawowych chemikaliów, mają bardzo słaby bilans energetyczny: na tonę wyprodukowanego etylenu powstaje prawie 700 kilogramów dwutlenku węgla. Całkowite emisje CO₂ z działających na całym świecie urządzeń do krakingu parowego szacuje się na 300 milionów ton rocznie.

90% tego przypada na nagrzewanie pieca do krakingu – i to jest dobra wiadomość. Gdyby piece mogły być ogrzewane odnawialną energią elektryczną, byłby to ważny krok w kierunku chemii neutralnej dla klimatu.

BASF, SABIC i Linde obecnie pracują nad ogrzewanym elektrycznie krakerem parowym. Równolegle Dow i Shell napędzają ten rozwój. Chociaż procesy te mają być początkowo testowane na skalę pilotażową, to INEOS już zapowiedział budowę dużego zakładu w porcie w Antwerpii, mimo iż technologia temu służąca wciąż nie jest finalnie przygotowana: nowy kraker ma wykorzystywać etan jako surowiec i mógłby w przyszłości być ogrzewany wyłącznie neutralnym dla klimatu wodorem. Ponadto podczas budowy rozważane są opcje wychwytywania i składowania CO₂ (CCS) oraz piece zasilane elektrycznie.

Elektryfikacja i gospodarka o obiegu zamkniętym

Elektryfikacja jest istotną dźwignią w odniesieniu do chemii neutralnej dla klimatu. Jeśli wymagana para procesowa nie będzie już w przyszłości wytwarzana ze spalania paliw kopalnych, ale z energii elektrycznej wytwarzanej w sposób zrównoważony, to będzie można osiągnąć duże oszczędności w zakresie emisji dwutlenku węgla. Pompy ciepła mogą również odegrać w tym pewną rolę: zasilane odnawialną energią elektryczną umożliwiają wytwarzanie pary z wcześniej niewykorzystanego ciepła resztkowego. BASF wraz z MAN Energy bada obecnie zastosowanie dużej pompy ciepła o mocy cieplnej 120 megawatów w swoim zakładzie w kompleksie w Ludwigshafen.

Coraz więcej firm chemicznych zabezpiecza dostawy energii elektrycznej z farm wiatrowych do elektryfikacji swoich procesów – nawet z tych, które jeszcze nie zostały zbudowane. Niemniej moce odnawialnej energii elektrycznej potrzebne do chemii opartej na energii elektrycznej są ogromne. Według badania DECHEMA, do tego celu w Europie potrzebne byłoby prawie 50% więcej energii elektrycznej niż jest obecnie dostępne na naszym kontynencie. Bez importu zielonego lub niebieskiego wodoru, amoniaku lub metanolu z regionów o dużych mocach OZE, większość państw o rozbudowanym przemyśle chemicznym nie będzie w stanie osiągnąć celu, jakim jest neutralność klimatyczna.

CAŁA TREŚĆ DOSTĘPNA W "Chemia i Biznes" nr 3/2023

"Chemia i Biznes” to dwumiesięcznik biznesowo-gospodarczy, stworzony z myślą o firmach poszukujących rzetelnej, aktualnej i profesjonalnie przygotowanej informacji na temat rynku chemicznego i sektorów powiązanych.

Dechemaprzemysł chemicznydekarbonizacjaenergetyka