Woda życiem dla przemysłu chemicznego

• Strona główna
• Artykuły
• Woda życiem dla przemysłu chemicznego

2020-04-02  / Autor: Dominik Wójcicki

Znaczenie wody w chemii

W oczywisty sposób wiadomo, że woda jest niezbędnym czynnikiem produkcji chemicznej, by wymienić jedną z najbardziej znanych technik z niej korzystających, mianowicie elektrolizę. W procesie produkcji np. wodorotlenku sodu metodą membranową obie elektrody (tytanową anodę i stalową lub niklową katodę) oddziela membrana, która przewodzi jony. W przestrzeni anodowej jony chlorkowe z solanki zostają utlenione do gazowego chloru, natomiast jony sodu migrują przez membranę do przestrzeni katodowej, przez którą przepływa ług sodowy. Do obiegu katolitu dodawana jest w dużych ilościach właśnie woda, która zostaje zużyta w procesie produkcji do wytworzenia jonów wodorotlenowych i gazowego wodoru. Powstałe w ten sposób aniony wodorotlenowe i kationy sodu tworzą wodorotlenek sodu.

Tylko ten jeden przykład udowadnia, że jest zatem woda używana w podstawowych procesach technologicznych, choć także i w licznych procesach pomocniczych, m.in. w chłodzeniu. Naturalnie w różnych firmach, w zależności od modelu produkcji, zakres tego użycia jest inny.

Dla zobrazowania tego, choćby w Płocku w PKN Orlen woda wykorzystywana jest w procesach produkcyjnych, jako element do produkcji pary w elektrociepłowni, jako medium chłodzące oraz do celów przeciwpożarowych. Naturalnym źródłem zaopatrzenia w wodę w płockim zakładzie jest Wisła. Dla porównania zaś w Tarnowie w kontekście Grupy Azoty na terenie firmy funkcjonują dwa ujęcia wód (ujęcie wody powierzchniowej z rzeki Dunajec oraz ujęcie wód podziemnych), a także stacja uzdatniania wody pitnej, dwie stacje uzdatniania wody do celów przemysłowych, stacja uzdatniania kondensatów oraz sieć przepompowni i rurociągów przesyłowych.

To wyliczenie przykładów daje szerszy ogląd, w którym widać, że przemysł korzysta głównie z wód powierzchniowych z ujęć własnych. Ze względu jednak na znaczny stopień zanieczyszczenia tych wód często sięga także po lepsze jakościowo zasoby wód podziemnych. W jeszcze innych przypadkach, stanowiących mniejszość, posiłkuje się zakupem wody od innych jednostek.

By to ukonkretnić odwołamy się do Grupy Lotos. W 2018 r. zużyła ona 6,673 mln m³ wody, z czego na pobór z wód powierzchniowych (własne ujęcia) przypadło 87,5%, a na pobór z wód podziemnych – gruntowych (własne ujęcia) – 5,3%. Resztę stanowiła gromadzona woda deszczowa, woda zakupiona z wodociągów i od dostawców lokalnych, a także oczyszczone ścieki pochodzące od innych organizacji.

W naszym kraju aktualny, roczny pobór wody wynosi ok. 10,6 km³. Największe jej zużycie notuje się w przemyśle, na potrzeby którego trafia 70% pobieranej wody. Dalsze 20% przypada na gospodarkę komunalną, a najmniej – 10% na rolnictwo i leśnictwo.

Wykorzystana woda zazwyczaj wraca do środowiska w postaci ścieków – tak dzieje się z blisko 85-90% ilości wody pobranej. Największym przemysłowym odbiorcą omawianego zasobu jest sektor paliwowo-energetyczny, czerpiący 80% wody idącej na cele produkcyjne. Przemysł chemiczny znajduje się w tej klasyfikacji na drugim miejscu i eksploatuje 7% wody trafiającej na cele przemysłowe. Jest zatem chemia jednym z podstawowych odbiorców wody.

Firmy pilnują każdej kropli

Fakt bycia liczącym się konsumentem sprawia, że posiada przemysł chemiczny świadomość tego, jak bardzo konieczne jest efektywne wykorzystanie wody, pozwalające na zmniejszenie jej zużycia w procesie produkcyjnym i tym samym oszczędności kosztowe. Nie tylko w Polsce, ale i na całym świecie firmy chemiczne starają się znaleźć sposób, aby zdobyć przewagę konkurencyjną nad rywalami, inwestując pokaźne sumy w rozwój technologii optymalizujących zużycie wody oraz uzyskanie wody o najwyższej jakości.

– Zarządzanie zasobami natury w sposób zrównoważony to jeden z filarów strategii Zrównoważonego Rozwoju Grupy Azoty na lata 2018-2022, zgodnej i powiązanej z Agendą 2030 przyjętą przez ONZ. Swoją działalność o zasięgu globalnym staramy się prowadzić rozsądnie, korzystając z zasobów naturalnych, w tym wody, którą wykorzystujemy jako surowiec do produkcji i w logistyce, jako szlak transportowy. Jako odpowiedzialny przedsiębiorca mamy świadomość problemu, jakim jest niedostatek wody, dlatego nasze wysiłki kierujemy na podnoszenie efektywności wykorzystania wody w procesach produkcyjnych. Tam, gdzie jest to możliwe, wprowadzamy rozwiązania pozwalające na jej recykling. Edukujemy też rolników w zakresie efektywnego i zrównoważonego nawożenia, którego celem jest poprawa wydajności wykorzystania zasobów naturalnych – komentuje Wojciech Wardacki, prezes zarządu Grupy Azoty.

W tej wypowiedzi pobrzmiewa świadomość, iż jak najbardziej wydajne wykorzystanie wody to ogromne wyzwanie stojące przed europejską chemią. Pomimo ogromnej ilości wody na naszej planecie, zasoby wody słodkiej lub tzw. stres wodny w ekosystemach wodnych stały się bowiem palącym problemem. Jest to rezultat różnych czynników: środowiskowych, politycznych, gospodarczych i społecznych. Europa stoi w obliczu podjęcia pilnych działań związanych z wodą: łagodzeniem ryzyka powodzi i susz, osiągnięcia dobrego stanu wód powierzchniowych, zapewnienia dostępności wody dla przyrody i gospodarki, a także przede wszystkim uniknięcia konkurowania między przemysłowym a miejskim zużyciem wody. Jednocześnie też przemysł chemiczny przez własne osiągnięcia sam oferuje znaczący potencjał zwiększenia efektywności w przemysłowej gospodarce wodnej w innych sektorach przemysłowych. Innymi słowy, to chemia stara się rozwiązywać problemy w zarządzaniu wodą nie tylko wewnątrz swojej branży, ale poprzez oferowane technologie również w innych sektorach.

Jak to robią najwięksi?

Przynajmniej w deklaracjach największe globalne koncerny chemiczne dostrzegają wagę zjawiska, jakim jest efektywne wykorzystanie zasobów wodnych. Tym samym wychodzą naprzeciwko jednej z najważniejszych strategii ochrony środowiska.

– Jesteśmy zobowiązani do odpowiedzialnego korzystania z wody i oszczędzania wody tam, gdzie to tylko możliwe. Osiągamy stałe ograniczenie naszych emisji do wody. Dobre zaopatrzenie w wodę ma kluczowe znaczenie dla płynności procesów produkcyjnych, ponieważ woda jest jednym z najważniejszych środków pomocniczych stosowanych przez nas w przemyśle chemicznym. W firmie Evonik wykorzystuje się wodę głównie do chłodzenia i do celów procesowych, do wytwarzania pary w elektrowniach i do celów sanitarnych. Aby ograniczyć zużycie wody słodkiej, stworzyliśmy zintegrowane systemy zaopatrzenia o stopniowanej jakości wody. Na przykład używamy wody, która nie nadaje się już do celów chłodzenia do płukania filtrów lub w przemysłowych procesach czyszczenia. Ponadto woda, która odparowuje z obiegów chłodzących jest często zastępowana przez kondensat lub wodę pitną z recyklingu. Nasze fabryki mają na celu przyczynianie się do ochrony naturalnych zasobów wodnych. Podstawowe zasady gospodarowania naszymi przemysłowymi ściekami są takie same, jak w przypadku gospodarki odpadami, czyli opierają się na założeniu „unikanie przed ponownym użyciem/recykling przed utylizacją”. Planując budowę nowych zakładów, rozważamy zatem wykorzystanie procesów, które wytwarzają niewiele ścieków lub nie wytwarzają ich wcale. Odciąża to środowisko i zmniejsza koszty uzdatniania wody. Kontynuujemy te wysiłki już na etapie operacyjnym. Ustanowiliśmy również wysokie standardy technologiczne i infrastrukturę usuwania ścieków w naszych lokalizacjach – tłumaczą przedstawiciele niemieckiego przedsiębiorstwa Evonik.

Interesującą odpowiedź otrzymujemy także od innej niemieckiej spółki, jaką jest Covestro.

– Staramy się ponownie przetworzyć wodę i użyć ją kilka razy. Tak dokładnie dzieje się w 15 lokalizacjach, w których to posiadamy zamknięte obwody wody chłodzącej. Zachodzi tam ponowne wykorzystanie oczyszczonych ścieków lub ponowne wprowadzenie kondensatów pary, jako wody procesowej. Większość wody zużywanej przez Covestro to tzw. przepływowa woda chłodząca, która jest tylko podgrzewana i początkowo nie ma kontaktu z obcymi materiałami lub produktami. Z tego powodu można – prawie bez wyjątku – wprowadzić ją z powrotem do obiegu wodnego bez dalszej obróbki. Wytworzone ścieki podlegają ścisłemu monitorowaniu i ocenie przed wprowadzeniem ich do kanału usuwania. Są one czyszczone w specjalnych oczyszczalniach i dopiero wtedy mogą być zawracane do obiegu wodnego. W styczniu 2016 r., w zakładzie w Krefeld-Uerdingen uruchomiliśmy pilotażowy zakład recyklingu słonych ścieków przemysłowych. System z zamkniętą pętlą jest promowany przez Federalne Ministerstwo Środowiska, Ochrony Przyrody, Budownictwa i Bezpieczeństwa Jądrowego (BMUB) w ramach Programu Innowacji Środowiskowych. Dzięki nowemu procesowi stosowany przez Covestro proces elektrolizy chloro-alkalicznej ma na celu zmniejszenie zużycia soli nawet o 10 tys. ton, a wody całkowicie odsolonej o 100 tys. ton rocznie. Odpowiada to oszczędności emisji rzędu 1000 ton ekwiwalentu CO² rocznie. Ponadto może to zmniejszyć ilość zasolonych ścieków uwalnianych do Renu. Technologia ta jest podstawą nowego wspólnego projektu „Re-Salt” (recykling obciążonej solą przemysłowej wody procesowej). Re-Salt ma działać przez trzy lata, a jego budżet wynosi około 3,4 mln euro, z czego około 60% zapewnia niemieckie Ministerstwo Edukacji i Badań Naukowych (BMBF). Kluczowym celem projektu jest zwiększenie zawartości soli w wodzie procesowej w sposób możliwie najbardziej przyjazny dla środowiska. Zostanie to częściowo wykonane z wykorzystaniem ciepła odpadowego z sąsiednich zakładów produkcyjnych – wyjaśniają przedstawiciele spółki Covestro.

Swoją opowieść snują też przedstawiciele koncernu BASF.

– Woda ma fundamentalne znaczenie w produkcji chemicznej. Jest stosowana jako chłodziwo, rozpuszczalnik i środek czyszczący, a także do produkcji naszych produktów. Zobowiązujemy się do odpowiedzialnego użytkowania w całym łańcuchu wartości, a zwłaszcza w obszarach zlewni naszych zakładów produkcyjnych. Postawiliśmy sobie globalny cel w zakresie zrównoważonej gospodarki wodnej. Naszym zamiarem, jako BASF, jest oszczędne wykorzystywanie wody i dalsze ograniczanie emisji do wody. Aby to zrobić, opracowaliśmy wewnętrzne dyrektywy zgodne z ogólnoświatowymi standardami. Wprowadzamy zrównoważoną gospodarkę wodną we wszystkich zakładach produkcyjnych. Należą do nich nasze główne obiekty typu Verbund, a także obiekty zlokalizowane w obszarach tzw. stresu wodnego. Zgodnie z naszą poprzednią definicją były to regiony, w których ponad 60% dostępnej wody było wykorzystywane przez przemysł, gospodarstwa domowe i rolnictwo. Rozważamy zatem ilościowe, jakościowe i społeczne aspekty zużycia wody. Chcemy ustalić, gdzie możemy ulepszyć nasze fabryki i zużywać w nich jak najmniej wody, szczególnie w obszarach stresu wodnego. Od 2019 r. stosujemy już rozszerzoną definicję obszarów stresu wodnego. Są to regiony, w których ponad 40% dostępnej wody jest wykorzystywane przez przemysł, gospodarstwa domowe i rolnictwo. Aby zapewnić przejrzystość w naszej sprawozdawczości na temat wody po raz kolejny wzięliśmy udział w raportowaniu CDP. W 2018 r. BASF uzyskał ocenę „A–" i tym samym status lidera w zakresie zrównoważonej gospodarki wodnej. Ocena CDP dotycząca zrównoważonego zarządzania zasobami wodnymi obejmuje sposób, w jaki firmy informują o swoich działaniach związanych z zarządzaniem zasobami wodnymi oraz o działaniach podejmowanych w celu zmniejszenia ryzyka niedoboru wody. CDP ocenia również, w jakim stopniu rozwój produktu – nawet u klientów ocenianych firm – może przyczynić się do zrównoważonego zarządzania zasobami wodnymi – informuje BASF w odpowiedzi na pytanie, jak wygląda jego gospodarka wodna.

Naturalnie również w naszym krajowym przemyśle chemicznym trwa ciągłe zabieganie o jak najskuteczniejsze gospodarowanie wodą. Objawia się ono zarówno wielkimi strategicznymi działaniami z omawianego obszaru tematycznego, jak i konkretnymi inwestycjami, w których gospodarka wodna jest elementem towarzyszącym.

Gdy Polwax kilka lat temu oddał w Jaśle do użytku nowoczesną instalację odolejania gaczy parafinowych, to jedną z jej części były nowoczesne komory Sulzera, umożliwiające produkcję parafin standardowych z gaczy parafinowych. Za największą przewagę nowych komór Sulzera nad wcześniej stosowanymi w spółce „komorami potnymi” uznano możliwość precyzyjniejszego sterowania temperaturą procesu, odzyskiwanie części energii z procesu oraz wyeliminowanie zrzutu ścieków przez zamknięcie obiegu wody technologicznej.

Także Grupa Azoty dokonała w ostatnich latach wielu inwestycji, pozwalających na efektywniejsze wykorzystanie wody oraz zwiększenie bezpieczeństwa sieci wodno-kanalizacyjnej. Z myślą o tym nastąpiła likwidacja nierentownych instalacji, modernizacja produkcji, dostosowywanie produkcji do podwyższonych standardów i norm ochrony środowiska oraz podejmowanie na instalacjach działań prowadzących wprost do zmniejszenia zużycia wody w procesach technologicznych. To wszystko przełożyło się na znaczne zredukowanie ilości produkowanych ścieków.

Działania podjęte przez spółkę, które to pozytywnie wpłynęły na wykorzystanie wody oraz ilość i jakość wytwarzanych w niej ścieków, to m.in. budowa nowoczesnej Stacji Uzdatniania Kondensatów, której efektem było zmniejszenie poboru wody; ograniczenie do minimum ilości powstających ścieków; uzyskanie najwyższej jakości wody w procesie uzdatniania kondensatów z instalacji produkcyjnych oraz dodatkowo zysk energetyczny w postaci odzyskiwanego ciepła ze zwracanych kondensatów. Do tego wszystkiego doszła ciągła modernizacja i wymiana obiegów chłodniczych w Centrum Nawozów, czego pozytywnym efektem jest zmniejszenie zużycia wody i energii elektrycznej. Oddano też do użytku instalację odwróconej osmozy w Centrum Nawozów. Zastosowanie tej nowoczesnej technologii do oczyszczania i powtórnego wykorzystania kondensatu przełożyło się istotnie na oszczędności w gospodarce wodno-ściekowej.

CAŁY ARTYKUŁ ZNAJDĄ PAŃSTWO W NR 2/2020 DWUMIESIĘCZNIKA "CHEMIA I BIZNES". ZAPRASZAMY.

przemysł chemicznyEvonikBASFGrupa AzotyGrupa LotosPolwaxwodaCovestro