Jakie projekty mogą pomóc osiągnąć cel zerowej emisji CO2 w przemyśle?

Udostępnij:
Przemysł niskoemisyjny ma ogromne znaczenie nie tylko ze względu na osiągnięcie neutralności węglowej do 2050 r., ale także na umożliwienie wzrostu gospodarczego w Unii Europejskiej. Raport Grupy Capgemini koncentruje się na rozwiązaniach dla przemysłu stalowego i cementowego, które odpowiadają za 30% emisji gazów cieplarnianych.

Badanie, zlecone przez Breakthrough Energy, służy jako przewodnik dla decydentów i inwestorów oraz oferuje praktyczne projekty wykorzystania funduszu naprawczego Komisji Europejskiej w wysokości 750 miliardów euro, aby pomóc przekształcić europejską gospodarkę i obrać kurs na pierwszy na świecie kontynent zero netto do 2050 r.

Najtrudniejsze problemy dotyczą wysokoemisyjnych procesów chemicznych, takich jak produkcja cementu lub rudy żelaza. Drugim wyzwaniem technologicznym pozostaje zrównoważony rozwój wysokiej jakości wytwarzanego ciepła, które wymaga temperatury (powyżej 300°C). Tak wysokich temperatur nie można osiągnąć przy użyciu oporników elektrycznych. Bez odpowiednich praktyk w tej kwestii, przemysł może zwrócić się w stronę paliw kopalnych.

Wodór, odnawialne i bezwęglowe paliwo, może być głównym źródłem wysokiej jakości ciepła, gdy tylko stanie się on bardziej przystępny. Jeśli chodzi o sprawność elektryczną, ciepło niskiej jakości i chłodzenie, wyzwanie technologiczne polega głównie na penetracji najlepszych już dostępnych technologii.

Redukcja emisji CO2

Przemysł stalowy i cementowy jest odpowiedzialny za co najmniej 30% emisji CO2. Na dzień dzisiejszy produkcja ciepła jest wysokoemisyjna, ze względu na intensywne wykorzystywanie paliw kopalnych. Dlatego też pojawia się kilka pomysłów, aby rozwiązać ten problem. Niektóre z nich mogą być również stosowane przy produkcji cementu i stali.

Większość z proponowanych rozwiązań opiera się na poniższym planie:

  • Etap 1 – w perspektywie krótkoterminowej: uruchomienie finansowanych przetargów przez fundusze na rzecz transformacji ekologicznej, aby rozpocząć innowację, dzięki czemu kilka lokalizacji pilotażowych może być rentownych przy wykorzystaniu przełomowych technologi.
  •  Etap 2 – lata 2020-2030: budowa oraz eksploatacja obiektów pilotażowych w celu wspierania redukcji kosztów.
  • Etap 3 – lata 2030-2050: technologie są stosowane w całym sektorze.

Można również uruchomić duże programy efektywności energetycznej, mając na celu przyspieszenie badania najlepszych dostępnych rozwiązań technologi, praktyk i procesów dotyczących:

- silników elektrycznych, które są szeroko stosowane w urządzeniach, wentylatorach, przenośnikach, itp.

- ciepła niskiej jakości, z ponownym wykorzystaniem z wysokojakościowych odpadów ciepła, wysokotemperaturowe pompy ciepła, przemysłowe sieci ciepłownicze, odpady, biomasa i energii geotermalna.

- najlepszych technologi chłodzenia, najlepsze wykorzystanie czynników chłodniczych.

Wreszcie, przemysł tworzyw sztucznych mógłby również ograniczyć swoje emisje.

Szacuje się, że łącznie rynek ten w będzie wart w 2030 r. 216 mld EUR (obroty + inwestycje) i zapewni 3,8 miliona stałych miejsc pracy.

Regiony otaczające Antwerpię (Belgia), Düsseldorf (Niemcy) i Rotterdam (Niderlandy) to obszary przemysłowe, które są odpowiedzialne za dużą emisję CO2 (przemysł cementowy, stalowy, rafinerie), a także znajdują się w pobliżu podziemnych magazynów CO2 (głównie szyby naftowe i gazowe na Morzu Północnym) oraz przemysł chemiczny, który może używać dwutlenku węgla jako danych wejściowych. Ponadto, pobliskie morskie turbiny wiatrowe na Morzu Północnym mogłyby dostarczać zieloną energię elektryczną na potrzeby procesu wytwarzania wodoru, jak również innych procesów przemysłowych.

Beton dla zrównoważonych zastosowań

Produkcja cementu stanowi 2% globalnej emisji CO2. Istnieją alternatywne rozwiązania w zakresie niskoemisyjnych emisji gazów cieplarnianych, ale nie są one jeszcze wystarczająco rozpowszechnione na rynku. Rozwiązaniem jest zwiększenie wykorzystania biobetonu, począwszy od 10 000 ton w 2030 r.

Co można zrobić?

  • Zachęcić architektów do zmniejszania wykorzystywania tradycyjnego betonu: bardziej efektywne projektowanie budynków.
  • Rozpoczęcie badań technicznych w celu oceny obszarów, w których biobeton może być szybko i skutecznie wdrożony.
  • Aktualizacja europejskich i krajowych norm budowlanych w celu wprowadzenia do użytku biobetonu.
  • Współpraca z władzami lokalnymi w celu zachęcania i nagradzania za stosowanie niskoemisyjnych materiałów budowlanych w przetargach publicznych.
  • Powodzenie realizacji opisanego celu zależy od współpracy pomiędzy producentami cementu, betonu, architektów, wykonawców, jak również władz lokalnych.

Dlaczego ta technologia i projekt są potrzebne?

  • W związku z tym, że światowa budownictwo nadal rozwija się, istnieje pilna potrzeba wykorzystywania zrównoważonego betonu, który nie opiera się już na cemencie, który był podstawą przemysłu budowlanego przez ostatnie 200 lat.
  • Większość emisji CO2 z produkcji cementu portlandzkiego to tak zwane emisje procesowe. Są one związane z rozkładem kamienia wapiennego (węglanu wapnia) do tlenku wapnia. Dwutlenek węgla jest produktem ubocznym w procesie produkcyjnym.
  • Zidentyfikowano różne alternatywy dla betonu, np. oparte na konopiach i wapnie, nieogrzewanej glinie i popiele lotnym, który jest odpadem z zakładów termicznych. ”Zielony" beton opracowany przez inżynierów z Drexel, jest oparty na starej egipskiej technologii, formie cementu aktywowanego alkalicznie, który wykorzystuje żużel przemysłowy oraz wapień, który nie wymaga ogrzewania do produkcji.
  • Celem jest osiągnięcie wskaźnika penetracji rynku na poziomie 30% do 2050 r., co odpowiada 84 mln tonom betonu.

Materiały do pochłaniania dwutlenku węgla w nowym budownictwie

Kolejnym projektem jest zbudowanie 500 budynków w każdym kraju europejskim do 2025 r. przy użyciu materiałów o niskiej intensywności emisji gazów cieplarnianych i metod budowy.

Projekt 1: Budynki drewniane

  • Zbudowanie 250 budynków z drewna w każdym z krajów europejskich do 2025 r., zaopatrując się w 100% w materiały z Europy i wykorzystując drewno laminowane krzyżowo (CLT, pozyskiwane w miarę możliwości z lokalnej podaży drewna). Budynki, takie jak biura, domy jednorodzinne oraz bloki mieszkalne będą budowane w 10 regionach europejskich.
  • Przepisy budowlane będą musiały zostać odpowiednio dostosowane.
  • Korzystanie z maszyn i urządzeń elektrycznych
  • Należy uwzględnić inne technologie niskoemisyjne (ogrzewanie geotermalne i pozostałe eko-materiały, takie jak konopie, ziemia, itd.).
  • Projekty i interesariusze, którzy zainspirowali analizę: Krajowy klaster przetwórstwa drewna (Czechy), Litwa Prefabrykowany Dom Drewniany Klaster, Altiflex (budynek duński)

Projekt 2: Budynki betonowe o niskiej emisji gazów cieplarnianych

  • Do 2025 r. zbudowanie 250 budynków na bazie cementu o niskiej zawartości GHG (gazów cieplarnianych) w każdym z krajów europejskich.
  • 10 różnych rodzajów budynków, m.in. domy jednorodzinne, bloki mieszkalne, itp.
  • W szczególności w Europie Południowej powstają budynki betonowe (ich produkcja odpowiada za 2% całkowitej emisji CO2 na Starym Kontynencie). Wybór materiałów odgrywa ważną rolę w ograniczaniu zapotrzebowania na energię i emisji gazów cieplarnianych. Alternatywy dla betonu, takie jak drewno i cement niskowęglowy, emitują mniej zanieczyszczeń, są neutralne węglowo, a nawet ujemnie wpływają na emisję dwutlenku węgla i nadają się do recyklingu.
  • Skandynawia jest liderem budownictwa drewnianego w Europie. 40% obszaru Norwegii jest pokryte lasami. Norweskie drzewo jest eksportowane w celu produkcji drewna klejonego i CLT do Austrii oraz Niemiec. Następnie, gotowy produkt przywozi się z powrotem do Norwegii, aby budować budynki.
  • Działania budowlane są energochłonne i potrzebują ciężkich maszyn, urządzeń i pojazdów. Wykorzystanie elektrycznego sprzętu budowlanego także zmniejsza emisję GHG (gazów cieplarnianych).

Ponowne wykorzystanie gazów procesowych i wychwytywanie CO2 w celu obniżenia kosztów

  • Pierwszym krokiem jest przeprowadzenie oceny i mapowania istniejących projektów recyklingu wielkich pieców z wykorzystaniem gazów oraz doposażenia tych pieców w sprzęt z odzysku.
  • Uruchomienie zakładów pilotażowych wyposażonych w wielkie piece, produkujących znaczącą ilość stali (powyżej 3 mln ton rocznie) i najlepiej zlokalizowanych w pobliżu parków chemicznych w celu zapewnienia wyjścia dla przechwyconego CO2. Technologia jest już dostępna, więc skalowanie może być szybko przeprowadzone.
  • Celem projektu jest zakończenie modernizacji do 2025 r.
  • Kluczowe klastry geograficzne, które realizują projekty w zakresie recyklingu to Zagłębie Ruhry, Polska, Słowacja, Czechy, Austria, i północna Hiszpania, ponieważ posiadają one zintegrowane stalownie z wielkimi piecami.
  • Większość europejskiej stali (ok. 60%) jest produkowana w tradycyjny sposób, poprzez topienie granulek rudy żelaza i koks w wielkim piecu do produkcji surówki. Następnie produkt przechodzi przez podstawowy piec natleniany, aby wytworzyć płynną stal.
  • Aby zmniejszyć ilość emitowanego materiału CO2 przy jednoczesnym utrzymaniu obecnej infrastruktury, huty mogą inwestować w technologie, które wychwytują CO2, H2 oraz CO i ponownie je wtłaczają do pieca po wstępnym podgrzaniu.
  • Żeby zmaksymalizować potencjał technologiczny, dwutlenek węgla wychwycony w nadmiarze, który nie będzie ponownie wrzucony do pieca, może być sprzedawany do innych zakładów przemysłowych w celu produkcji biopaliwa.

Recykling

Projekt 1: Inwentaryzacja istniejących procesów recyklingu

  • Ocenienie wszystkich istniejących innowacyjnych procesów umożliwiających wykorzystanie odpadów z tworzyw sztucznych jako substytutów zasobów kopalnych w produkcji chemicznej (np. piroliza, katalityczna hydrogazowanie plazmą i inne).
  • Przeprowadzenie badań techniczno-ekonomicznych i ocena ram regulacyjnych w celu potwierdzenia możliwości skalowania.
  • Opracowanie najlepszych technologii pozwalających na osiągnięcie 20% udziału odpadów z tworzyw sztucznych (jeszcze niepoddanych recyklingowi w innych procesach) z chemikaliów recyklingu w 2030 r.
  • Wstępne projekty zostaną wdrożone w Niemczech i Hiszpanii, gdzie istnieją już technologie, następnie będą powielone we wszystkich krajach europejskich.

Projekt 2: Tworzenie nowych procesów recyklingu chemicznego

Aby w pełni osiągnąć skalę, konieczne jest znalezienie nowych procesów, w szczególności w dziedzinie recyklingu chemicznego.

  • Wspieranie laboratoriów i korporacyjnych działów B+R w celu finansowania pilotaży dla nowych procesów recyklingu tworzyw sztucznych (np. poprzez zgazowanie, pirolizę, solwolizę i depolimeryzację).
  • Ten typ projektu ukierunkowany jest na 30 nowych inicjatyw badawczo-rozwojowych, które mają być uruchomione w 2021 r. Wyników oczekuje się w 2025 r.
  • Obiecujące technologie zostaną włączone do istniejących i testowane na skalę przemysłową.

Europejski przemysł tworzyw sztucznych produkuje około 60 mln ton plastiku rocznie, generując 160 MtCO₂e. Przyszłe scenariusze przewidują redukcję o 56%. Równolegle, Komisja Europejska dąży do w 2030 r. poddać recyklingowi co najmniej 50% odpadów z tworzyw sztucznych.

Obecnie 30% odpadów z tworzyw sztucznych jest poddawanych recyklingowi, głównie poprzez procesy mechaniczne. Jednak metoda ta obniża jakość materiału w każdym cyklu.

Ten wskaźnik recyklingu można poprawić jedynie poprzez zastosowanie środków chemicznych w procesach rozkładu struktury chemicznej tworzyw sztucznych od polimeru do monomerów. Te nowe produkty będą wtedy używany jako surowiec w przemyśle chemicznym.

 

Więcej projektów dla poszczególnych sektorów gospodarczych znajdziesz w pełnym raporcie Grupy Capgemini.