Wymagająca droga do neutralności węglowej

• Strona główna
• Artykuły
• Wymagająca droga do neutralności węglowej

2022-01-03  / Autor: Lux Research

Potrzeba dekarbonizacji

Cały sektor przemysłowy w ujęciu globalnym emituje ponad dziewięć gigaton dwutlenku węgla rocznie. Liczby te pochodzą głównie z emisji z sektorów cementowego, chemicznego i stalowego. Emisje następują na skutek wykorzystywania zasobów kopalnych jako źródła zarówno energii, jak i surowca. Budowanie mapy drogowej dla dekarbonizacji przemysłu jest więc złożonym przedsięwzięciem, które wymaga głębokiego zrozumienia dostępnych obecnie, ale i przyszłych technologii, tak aby odpowiednio przygotować się na bardziej restrykcyjne regulacje na coraz bardziej konkurencyjnym rynku. Możliwe są przy tym różne scenariusze:

• Prowizoryczność – następuje redukcja emisji bez zmiany podstawowych jednostek w procesie przemysłowym – podstawy chemii pozostają niezmienione.
• Modernizacja – następuje redukcja emisji poprzez zmianę jednej lub więcej kluczowych jednostek w procesie przemysłowym – podstawy chemii pozostają niezmienione.
• Transformacja – następuje redukcja emisji poprzez całkowitą zmianę dotychczasowego procesu przemysłowego – zmienia się sama podstawa chemii. Poniżej omówimy trzy wymienione scenariusze.

Kierunki przyszłych działań

Technologie dekarbonizacji sektora przemysłowego dzielą się na trzy kluczowe kategorie: alternatywna energia, alternatywne surowce, kompensacja emisji dwutlenku węgla.

Energia alternatywna oznacza przejście z energii kopalnej na energię niskoemisyjną. Kopalne źródła energii, takie jak węgiel i gaz ziemny, można w ramach tego działania zastąpić ich biopochodnymi odpowiednikami. Emisje można również ograniczyć za pomocą energii odnawialnej, elektryzując procesy przemysłowe.

Alternatywne surowce to natomiast nic innego jak zamiana surowca kopalnego na surowiec niskoemisyjny. Surowce kopalne, takie jak ropa naftowa, gaz ziemny i węgiel można w tym przypadku zastąpić ich odpowiednikami pochodzenia biologicznego lub nowymi rodzajami, takimi jak energia elektryczna lub CO₂. Emisje z wykorzystania surowców można również ograniczyć poprzez recykling.

Z kolei kompensacja emisji dwutlenku węgla to choćby wykorzystanie technologii bezemisyjnych w celu zrównoważenia emisji. Technologie takie, jak sekwestracja CO₂ lub bezpośrednie wychwytywanie powietrza mogą pomóc zneutralizować emisje pochodzące z paliw kopalnych i umożliwić przemysłowi osiągnięcie zerowych emisji netto bez przechodzenia na alternatywne źródła energii lub surowców.

Jak trudne będą zmiany?

Klasyfikujemy technologie dekarbonizacji według ich złożoności i łatwości przyjęcia. W efekcie więc technologie dekarbonizacji można podzielić na trzy poziomy złożoności, o których była mowa już powyżej. Technologie prowizoryczne redukują emisje bez zmiany kluczowych etapów procesu przemysłowego.

Technologie te obniżają emisyjność poprzez eliminację luk w wydajności, zmniejszenie intensywności emisji dwutlenku węgla przez surowce lub uwalniane ich na końcu procesu. Jednocześnie podstawowe technologie i podstawy procesu przemysłowego pozostają niezmienione.

Technologie prowizoryczne to rozwiązania, które zajmują się źródłami emisji wokół głównych jednostek przemysłowych – na przykład współprzetwarzanie bionafty z paliwem kopalnym w celu wytworzenia etylenu. Technologie takie obejmują również poprawę wydajności komponentów bilansu zakładu, takich jak wymienniki ciepła i pompy. Wszystko to są zazwyczaj rozwiązania krótkoterminowe i już teraz gotowe komercyjnie. W związku z tym nie wymagają dużych nakładów inwestycyjnych. Technologie te zwykle oferują jednak tylko ograniczony potencjał w zakresie dekarbonizacji i są wykorzystywane do przedłużenia żywotności istniejących aktywów emisyjnych.

Technologie modernizacyjne redukują emisje poprzez zmianę jednego lub więcej kluczowych etapów procesu przemysłowego. Technologie te dekarbonizują przemysł poprzez dodanie lub zamianę podstawowych jednostek procesowych na nowe, niskoemisyjne warianty, które pasują do istniejącego przepływu procesu. Jednak podstawy procesu przemysłowego pozostają w tym rozwiązaniu także niezmienione.

Technologie modernizacyjne to rozwiązania, które zajmują się źródłami emisji z głównych jednostek przemysłowych, stanowiących serce procesu przemysłowego – w grę wchodzi tutaj na przykład zamiana krakera parowego etylenu zasilanego paliwami kopalnymi na elektryczny kraking parowy. Technologie modernizacyjne to zazwyczaj rozwiązania średnioterminowe, które z reguły są wciąż jeszcze w fazie rozwoju i wymagają znacznych nakładów inwestycyjnych. Technologie te najczęściej oferują wysoki potencjał w zakresie dekarbonizacji i mogą być wykorzystywane do przedłużenia żywotności istniejących aktywów emisyjnych lub stać się częścią planu dla dopiero co powstających zakładów.

Trzecie z omawianych, czyli technologie transformacyjne redukują emisje poprzez zmianę podstaw procesu przemysłowego. Technologie te dekarbonizują przemysł poprzez eliminację podstawowych jednostek procesowych i całkowitą transformację istniejącego przepływu procesów przemysłowych. Oznacza to, że zmiany zazwyczaj obejmują zastąpienie platform termochemicznych platformami biochemicznymi lub elektrochemicznymi.

Technologie transformacyjne to rozwiązania, które najmocniej ograniczają emisje poprzez zastąpienie dotychczasowej platformy produkcyjnej nową – na przykład produkcję etylenu bezpośrednio z elektrolizy CO₂ , a nie z krakingu benzyny ciężkiej. Technologie transformacyjne to rozwiązania długoterminowe, które zazwyczaj znajdują się jeszcze na wczesnym etapie rozwoju. Technologie te polegają na zastąpieniu platform termochemicznych platformami elektrochemicznymi, biochemicznymi lub fotochemicznymi. Technologie te są często bardzo kapitałochłonnymi rozwiązaniami, które oferują całkowitą dekarbonizację i są wykorzystywane w nowych zakładach lub takich, które dopiero powstają.

Chociaż mówimy o dekarbonizacji przemysłowej jako jednej koncepcji, to jednak nie ma jednego gotowego rozwiązania problemu dla poszczególnych branż. Dekarbonizacja przemysłowa jest realizowana poprzez stopniowe stosowanie różnych technologii, które są unikalne dla określonych branż i ich podstawowych procesów. Ograniczenie rodzaju emisji zawsze będzie zatem wymagało zastosowania jednego lub więcej rozwiązań technologicznych, z których każde zapewnia różne poziomy dekarbonizacji.

CAŁA TREŚĆ DOSTĘPNA W "Chemia i Biznes" nr 6/2021

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.

Lux Researchprzemysł chemicznydwutlenek węglaenergetyka