Zrównoważony rozwój jako integralna część czwartej rewolucji przemysłowej

Przemysł 4.0 niesie za sobą wręcz nieograniczone możliwości. Niestety, nierozłączną częścią tych niezwykle obiecujących perspektyw są także liczne zagrożenia. Mowa tu przede wszystkim o rosnącym zapotrzebowaniu na energię elektryczną i cieplną. Pierwsza z nich jest coraz intensywniej wykorzystywana do uzyskania odpowiedniej mocy obliczeniowej, czyli kluczowego elementu czwartej rewolucji przemysłowej. Druga natomiast, nadal uczestniczy w większości procesów przemysłowych.

Według raportu World Energy Outlook 2020, przemysł wyemitował o kilka punktów procentowych mniej CO2 niż w poprzednich latach. Trzeba jednak zaznaczyć, że jest to wartość nadal przekraczająca 20 Gt. Nieznaczny spadek emisji wynika m.in. z lockdownu spowodowanego pandemią COVID-19. Drugim i z pewnością bardziej pokrzepiającym powodem jest coraz większa rola odnawialnych źródeł energii i wprowadzanie zeroemisyjnej polityki przez koncerny.

Doskonałym przykładem takiego przedsięwzięcia jest deklaracja osiągnięcia neutralności emisyjnej w 2050 roku przez PKN ORLEN. Ponadto, do 2030 roku koncern o 20% zredukuje emisję CO2 z obecnych aktywów rafineryjnych i petrochemicznych oraz o 33% CO2/MWh z produkcji energii elektrycznej. Podstawą do osiągnięcia założeń mają być cztery filary: efektywność energetycznej produkcji, zeroemisyjna energetyka, paliwa przyszłości oraz zielone finansowanie.

Plan założony przez koncern doskonale obrazuje możliwości zrównoważonego rozwoju i wytycza ścieżkę dla innych przedsiębiorstw. Niemały udział w zrównoważonym rozwoju gigantów światowego przemysłu będą miały innowacyjne startupy, zajmujące się takimi obszarami jak odnawialne źródła energii, biopaliwa i paliwa wodorowe czy też technologia wychwytu CO2. Jak wspomniałem na początku, zrównoważony rozwój przemysłu może przybierać wiele form. Dowodem tego jest to, że powyższe obszary działalności startupów to jedynie skrawek możliwości jakie niesie nowoczesna technologia.

Przyszłość należy do OZE

Odnawialne źródła energii cieszą się coraz większym zainteresowaniem. Mowa tu nie tylko o klientach indywidualnych ale również o przedsiębiorstwach przemysłowych. Dlaczego fotowoltaika czy też elektrownie wiatrowe odnotowują tak dynamiczny wzrost popularności? Po pierwsze, alternatywna energetyka doskonale wpisuje się w politykę zeroemisyjną. Ślad węglowy związany z produkcją czystej energii jest niemal zerowy.

Po drugie, wielu inwestorów dostrzegło w zielonej energii doskonały sposób na czerpanie korzyści finansowych. W żadnym przypadku, powyższe stwierdzenie nie powinno mieć negatywnego wydźwięku, ponieważ walory ekologiczne odnawialnych źródeł energii są niepodważalne. Warto zauważyć, że znalezienie balansu między korzyściami finansowymi i ekologicznymi to również istota zrównoważonego rozwoju.

Wśród przedsiębiorstw paliwowo-energetycznych można zauważyć rozwijający się trend prowadzenia „zielonych” inwestycji. Tutaj także warto przytoczyć przykład PKN ORLEN. Polski koncern podejmuje śmiałe inwestycje w odnawialne źródła energii, które są jednym z filarów zeroemisyjnej polityki przedsiębiorstwa.

Odnawialne źródła energii to atrakcyjny sektor nie tylko dla koncernów ale także dla startupów, które dostarczają innowacyjne rozwiązania zarówno dla odbiorców indywidualnych jak i przedsiębiorstw przemysłowych.

Szwajcarski startup Insolight opracował moduły fotowoltaiczne z opatentowanym systemem mikrośledzenia optycznego. Umieszczona pod szklaną osłoną warstwa optyczna kieruje skoncentrowane wiązki światła bezpośrednio na układ wysokowydajnych ogniw słonecznych. Dzięki temu, moduł posiada optymalną wydajność niezależnie od położenia słońca.

Technologia Insolight zapewnia 30% wydajność konwersji energii słonecznej na energię elektryczną. Wg producenta, system gwarantuje do 40% wyższe uzyski energetyczne niż w przypadku standardowych modułów fotowoltaicznych.

Na wzroście sprawności elektrowni słonecznych skupił się także marokański ALSOLEN. Startup wyposaża farmy fotowoltaiczne w soczewki Fresnela podnosząc ich efektywność energetyczną. Ponadto, ALSOLEN rozwija zagadnienia związane z magazynowaniem energii cieplnej i recyklingu ciepła odpadowego dla branż wykorzystujących wysokie temperatury w procesach przemysłowych.

Rozwija się także energetyka wiatrowa. Oprócz zwiększania możliwości konstrukcyjnych, startupy pracują nad poprawą wydajności i niezawodności turbin wiatrowych za pomocą szeroko pojętej analizy danych.

Dobrym przykładem tego jest hiszpański Smartive. Produktem startupu jest CloudDiagnosis, czyli oparta na chmurze technologia gromadzenia danych z farm wiatrowych, dzięki której operatorzy mogą kontrolować pracę i stan poszczególnych turbin.

Biopaliwa jako alternatywa dla paliw konwencjonalnych

Biopaliwa to temat zarówno kontrowersyjny jak i obiecujący w kontekście redukcji efektu cieplarnianego. Zróżnicowane opinie dotyczące ekologiczności biopaliw, tylko utwierdzają nas w przekonaniu, że doskonałe źródło energii jeszcze nie powstało. Jednak bezsprzeczne jest to, że startupy zajmujące się tym obszarem, mają coraz większy wpływ na energetykę i biorą aktywny udział w czwartej rewolucji przemysłowej.

Mimo zarzutów o nieracjonalnym zarządzaniu zasobami roślinnymi, którego celem jest produkcja biopaliw, nie można zapomnieć o tym, że dzięki przetwórstwie biomasy świat w niewielkim stopniu uniezależnił się od paliw kopalnych.

Biopaliwa to nie tylko czyste źródło energii dla przedsiębiorstw, ale również sposób na efektywną gospodarkę odpadami. Ma to duże znaczenie szczególnie w sektorze spożywczym, odzieżowym i oczywiście w rolnictwie.

Rozwój tego sektora jest równie ważny co inwestycje w energetykę wiatrową, słoneczną czy też wodną. Zdają sobie z tego sprawę również koncerny paliwowe. PKN Orlen zamierza na biopaliwach oprzeć swoją politykę zeroemisyjną. Koncern paliwowy w taki sposób dywersyfikujący swoją produkcję to przykład, z którego mogą czerpać giganci przemysłowi na całym świecie.

W ambitnych planach związanych z redukcją emisji, niemały udział będą miały startupy pracujące nad innowacyjnymi sposobami produkcji biopaliw.

Enerkem jest pierwszym startupem na świecie, który produkuje metanol oraz etanol z nienadających się do recyklingu i kompostowania stałych odpadów komunalnych. Produkt ten zastępuje paliwa kopalne (ropa naftowa i gaz ziemny), do produkcji zrównoważonych paliw transportowych i chemikaliów.

Ciekawe rozwiązanie zaproponował startup Synthetic Genomics. Technologia opracowana przez amerykanów polega na produkcji biopaliw z alg. Dzięki sekwencjonowaniu genomu, bioinformatyce i precyzyjnych technologiach edycji genów, Synthetic Genomics zwiększa produktywność roślin.

Efektem takich działań startupu jest pozyskanie taniego surowca, który jest przetwarzany na olej napędowy i paliwo odrzutowe. Synthetic Genomic stawia na zrównoważony rozwój wykorzystując odnawialne źródła energii w procesie produkcyjnym, minimalizując zużycie słodkiej wody oraz uniezależniając hodowlę alg od sektora rolniczego.

W marcu 2018 r. ExxonMobil i Synthetic Genomics ogłosiły, że do 2025 r. zamierzają produkować 10 000 baryłek biopaliwa z alg dziennie.

Nad niekonwencjonalną technologią pracuje startup Bio Bean. Brytyjska firma produkuje olej z fusów po kawie. Następnie jest on przetwarzany w biodiesel. We współpracy z koncernem Shell, Brytyjczycy zamierzają dostarczać biopaliwo do londyńskich autobusów. Szacuje się, że do napędzenia jednego autobusu przez rok potrzeba ok. 2,55 mln filiżanek kawy.

Wychwyt CO2 a redukcja emisji

Niestety, nie ma możliwości aby w krótkim czasie oprzeć całą działalność przemysłu o odnawialne źródła energii czy też biopaliwa. Taka transformacja potrwa jeszcze kilka dekad. Na szczęście, postęp technologiczny daje szansę wychwytu CO2 tuż przed emisją do atmosfery.

Może to brzmieć jako doraźny sposób na ograniczenie emisji, jednak na tę chwilę jest to jedna z najefektywniejszych technologii w tym sektorze. Nawet przy wzroście udziału OZE w procesach przemysłowych, wychwyt CO2 będzie doskonałym systemem pomocniczym.

Global Thermostat to startup proponujący innowacyjne rozwiązania dla przemysłu. System przechwytywania CO2, który opracowali działa w oparciu o działanie sorbentów. Innowacją jest ich struktura. Można je porównać do plastra miodu, który adsorbuje CO2 bezpośrednio z atmosfery lub z kominów. Następnie, dwutlenek węgla jest składowany przy użyciu pary o niskiej temperaturze (85-100°C), pozyskiwanej z ciepła resztkowego lub procesowego.

Strukturalne adsorbenty wykorzystał również kanadyjski Inventys. Adsorbenty o takiej budowie są tańsze, nietoksyczne i bardziej wydajne niż roztwory aminowe dotychczas służące do wychwytu CO2.

Zasada działania produktu Inventys jest bardzo prosta. Podczas przenikania spalin przez adsorbent, CO2 przylega do jego struktury a pozostałe gazy swobodnie go przenikają. Uwalnianie CO2 z materiału przechwytującego odbywa się za pomocą pary wodnej o niskim ciśnieniu.

Paliwa wodorowe szansą dla zrównoważonego transportu i nie tylko

Wodór jest obecnie postrzegany bardziej jako sposób na odciążenie coraz mocniej eksploatowanych złóż paliw kopalnych niż alternatywa, która daje szansę całkowitego uniezależnienia się od ropy naftowej czy też elektryczności. Wynika to z ograniczeń technologicznych.

Potencjał wodoru jest jednak bardzo obiecujący. Mowa tu przede wszystkim o tanim i wydajnym magazynowaniu tego nośnika energii. Dla przykładu, porównując wodór z elektrycznością, może on być składowany o wiele taniej, w zasobnikach o większej pojemności energetycznej. Taka alternatywa doskonale sprawdzi się w okresach obniżonego popytu na energię.

Do tego należy dodać brak śladu węglowego pozostawianego przez ogniwa paliwowe. W tym kontekście, wodór będzie zawsze krok przed paliwami kopalnymi. Patrząc na rozwiązania proponowane przez startupy, można mieć nadzieję, że w przyszłości rola wodoru nie będzie się ograniczała jedynie do współwykorzystania, ale pozwoli uzyskać pewną autonomię energetyczną.

HyPoint to amerykański startup opracowujący system wodorowych ogniw paliwowych o zerowej emisji dwutlenku węgla i bardziej wydajnej wydajności energetycznej dla sektora transportu lotniczego.

Opatentowane przez HyPoint systemy ogniw paliwowych z turbodoładowaniem i chłodzeniem powietrzem oferują lekką i prostszą konstrukcję niż systemy chłodzone cieczą, co pozwala im osiągnąć wyższą moc i gęstość energii.

Niemiecki startup Enapter stworzył modułowy generator wodoru, który może pracować w zróżnicowanych warunkach zewnętrznych. Modułowość produktu pozwala łączyć go w taki sposób, aby dostosować ilość wytwarzanego wodoru do własnych potrzeb. W 20-stopniowym kontenerze można połączyć do 70 elektrolizerów tworząc klaster AEM.

Technologia opatentowana przez Enapter znalazła zastosowanie w laboratoriach lub jako zasilanie awaryjne w zakładach przemysłowych. Dodatkowo, startup oferuje system zarządzania energią do przewidywania wytwarzania, magazynowania i przesyłu energii.

Jak zarządzać zużyciem energii?

Powyższe sposoby na zrównoważenie rozwoju bardzo często są zaawansowane technologicznie i wymagają nakreślenia długofalowego planu inwestycyjnego. Czasami jednak warto rozpocząć od stawiania małych kroków.

Dobrym przykładem tego jest zyskujący coraz większe poparcie społeczne ruch zero waste. Stopniowa zmiana codziennych nawyków to nic innego jak ekologiczne „step by step”. Odzwierciedleniem małych kroków w kierunku ochrony środowiska dla przemysłu jest zarządzanie zużyciem energii. Technologie proponowane przez startupy umożliwiają monitorowanie energochłonności danej organizacji bez dużych nakładów finansowych i zaangażowania osób trzecich.

Polski startup JiTiV stworzył platformę do zarządzania energią. Podstawą produktu są czujniki montowane na poszczególnych urządzeniach. Dane z maszyn zbierane i analizowane są w chmurze. Technologia ta pozwala zredukować zużycie energii elektrycznej nawet o 40%.

Produkt znalazł zastosowanie w przemyśle ciężkim i sektorze usługowym. Polska firma jest wspierana przez Samsung Inkubator.

Bardziej rozwiniętą formę monitoringu zużycia energii opracował kanadyjski startup Kontrol Energy. System wykorzystuje sztuczną inteligencję do monitorowania i optymalizacji zużycia energii elektrycznej oraz wody.

Kontrola energochłonności jest oparta o uczenie maszynowe i odbywa się na poziomie urządzenia. W platformie można łączyć wiele budynków komercyjnych w klastry. Przez to zarządzanie zużyciem energii dużych kompleksów staje się bardziej przejrzyste.

Zagospodarowanie nadwyżek energii – kolejne wyzwanie przed OZE?

Upór w dążeniu do zwiększania roli alternatywnej energetyki w światowej produkcji energii, nie może przysłonić nam innego problemu. Mowa tu o zarządzaniu wyprodukowaną energią. Nieefektywne magazynowanie czy też konwersja skutkująca znacznymi stratami to nic innego jak marnotrawstwo zasobów.

Znalezienie opłacalnego i nieinwazyjnego dla środowiska sposobu zarządzania energią jest sporym wyzwaniem. Można śmiało stwierdzić, że w tym obszarze czeka nas o wiele dłuższa droga niż w samej produkcji czystej energii.

Holenderski startup Hocosto dostarcza rozwiązania polegające na podziemnym magazynowaniu energii cieplnej. System w okresie letnim pochłania energię cieplną z promieniowania słonecznego i przechowuje ją w podziemnym zbiorniku wodnym. Buforowana energia cieplna zasila systemy grzewcze w okresie zimowym.

Magazyn można umieścić pod parkingiem, placem zabaw czy trawnikiem bez utraty funkcjonalności danego obszaru. System jest kompatybilny m.in. z kolektorami słonecznymi. Może także odbierać ciepło odpadowe z systemów klimatyzacji.

Malta Inc z siedzibą w USA stworzył system magazynowania energii elektrotermicznej, który przekształca energię elektryczną w energię cieplną. Przechowywana energia cieplna, w razie potrzeby może być w każdej chwili zmieniona w swoją pierwotną formę czyli energię elektryczną i udostępniona do wykorzystania.

W trybie ładowania system działa podobnie do pompy ciepła, magazynując energię elektryczną jako ciepło w stopionej soli. W trybie rozładowania technologia wykorzystuje zgromadzone ciepło do ponownej produkcji prądu. Produkt znalazł zastosowanie zarówno w OZE jak i energetyce konwencjonalnej.

Zrównoważony rozwój – opcja czy konieczność?

Patrząc na raporty dotyczące stanu środowiska, można odnieść wrażenie że doszliśmy już do punktu kulminacyjnego. Eksploatacja naszej planety w ostatnich latach osiągnęła ekstremalny poziom. Aby rok 2020 faktycznie był przełomem w tej kwestii potrzeba zaangażowania i podjęcia konkretnych działań.

Właśnie dlatego należy docenić zarówno innowacyjną działalność startupów jak i kierowanie polityki koncernów w stronę zerowej emisyjności. Przemysł 4.0 sam sobie tworzy narzędzia do rozwiązania problemów środowiskowych w nadchodzących latach i w tym trzeba upatrywać szans na zrównoważony rozwój.

Komentarz eksperta

Patrycja Panasiuk, Zastępca Dyrektora Wykonawczego Obszaru Strategii i Innowacji oraz Relacji Inwestorskich w PKN Orlen:

Pod koniec listopada ogłosiliśmy nową strategię ORLEN2030, podkreślającą znaczenie zrównoważonego rozwoju jako czynnika napędowego budowy wartości. Jako pierwsza spółka w regionie wyznaczyliśmy cel osiągnięcia neutralności emisyjnej do 2050 r., chcąc koncentrować się na odpowiedzialnym podejściu do biznesu.

Do 2030 r. planujemy przeznaczyć ponad 30 mld PLN na zrównoważony rozwój oraz inwestycje, które mają się przyczynić do obniżenia emisji CO2 o 20%. Rozpoczęliśmy już realizowanie tych ambitnych celów poprzez akwizycję Grupy Energa, przygotowania do budowy morskiej farmy wiatrowej czy Program Rozwoju Petrochemii. Równolegle planujemy skoncentrować się na kolejnych projektach z zakresu zero i niskoemisyjnej energetyki, projektach efektywnościowych, dekarbonizacji oraz na cyfryzacji i digitalizacji procesów.

Chcemy być obecni w każdym łańcuchu wartości aktualnej transformacji energetycznej, dlatego istotny element naszej strategii stanowią innowacje oraz silne zaplecze badawczo-rozwojowe. Planujemy rozwijać własne nowoczesne technologie w zakresie biokomponentów i biopaliw, widzimy duży potencjał w rozwiązaniach z zakresu magazynowania energii i wykorzystywaniu czystego wodoru. Dlatego też, aktywnie będziemy rozwijać narzędzia wspomagające realizację projektów innowacyjnych. Finalizujemy budowę Centrum Badawczo-Rozwojowego w Płocku, trwają prace nad powołaniem Funduszu CVC oraz uruchomieniem kolejnego programu akceleracyjnego PKN ORLEN. Wierzymy, że innowacyjność jest kluczem do budowy silnej pozycji konkurencyjnej, dlatego planujemy przeznaczyć na projekty innowacyjne i rozwój nowych technologii do 3 mld PLN w ciągu najbliższych 10 lat.

Chcemy dołączyć do grona liderów europejskich stając się pionierem transformacji energetycznej w regionie, budując wartość w sposób zrównoważony w duchu idei „Napędzamy przyszłość. Odpowiedzialnie”.