Декарбонизация или как уменьшить углеродный след

Декарбонизация промышленности предлагает производителям возможность улучшить свои показатели, но прежде всего добиться СО2-нейтральности.

Цель проста. Способствовать увеличению прибыли компании за счет экономии энергии и лучшего контроля зависимости от ископаемых видов топлива для современной экономики и окружающей среды.

Давайте рассмотрим, как разработать план действий по повышению энергетической эффективности.

Определение декарбонизации или обезуглероживания:

Декарбонизация (или обезуглероживание) относится ко всем мерам и методам, применяемым для ограничения углеродного следа. В английском языке есть два термина: decarbonation и decarbonization, поэтому мы также находим их во французском: décarbonation et décarbonisation. Petit larousse предлагает термин декарбонизация, что означает «удаление кислых карбонатов кальция и магния путем добавления извести». Между использованием терминов декарбонизации и обезуглероживание французская академия еще не определилась, в отличие от официального журнала 2019 года: использование термина декарбонизации является правилом.

Под словом декарбонизация мы понимаем все меры, с помощью которых субъекты (страны, компании, сектора деятельности или экономики) могут уменьшить свой углеродный след, то есть выбросы парниковых газов (в основном углекислого газа (СО2) и метана (CH4)), чтобы ограничить их воздействие на климат.

Декарбонизация в основном достигается путем замены углеводородов на «чистые» источники энергии, которые не связаны с выбросами парниковых газов. Поэтому предпочтение отдается возобновляемым источникам энергии (солнечной, ветровой, геотермальной, биомассе и т.д.) или не углеродным источникам энергии (ядерной).

Для декарбонизации промышленности существуют различные решения, которые мы рассмотрим вместе.

Водород позволяет декарбонизировать промышленность

Для достижения темпов и масштабов сокращения выбросов, прогнозируемых в сценарии «чистый ноль выбросов к 2050 году», потребуется комплекс мер, выходящих за рамки уже принятых амбициозных мер по сценарию SDS.

Во всех секторах деятельности необходимо реализовать сочетание мер по декарбонизации и энергоэффективности. А именно, электрификация производственного процесса и использование низкоуглеродистого водорода — вот куда следует инвестировать.

Чтобы запустить решения в городах Франции к 2030-2040 годам и обеспечить участие в развитии конкурентоспособного сектора, необходимо усовершенствовать технологии электролиза и хранения водорода и разработать способы его использования, особенно для мобильности.

В современной промышленности водород в основном используется в неэнергетических целях в качестве «материала» в технологических процессах, хотя существует и энергетическое использование для производства тепла или, в определенной степени, электроэнергии.

Если бы вся сталь, производимая во Франции в настоящее время, использовала «зеленый» водород, то потребление электроэнергии для сокращения производства железной руды составило бы около 35 квтч в год, или около 7% от текущего потребления электроэнергии во Франции.

Таким образом, в контексте декарбонизации зеленый водород не может быть единственным решением для замены серого водорода в сталелитейной или химической промышленности, за исключением значительных инвестиций в объекты генерации электроэнергии.

К 2035 году необходимо предпринять ряд действий для подготовки к разработке и внедрению технологий, преобразующих электроэнергию из возобновляемых источников в газ.

• Водород в европейском масштабе:

Европейский союз (ЕС) разработал амбициозное видение интеграции водорода в энергетические системы и многие промышленные секторы. 8 июля 2020 года европейская комиссия приняла два проекта стратегий — по интеграции энергетических систем и по водороду для климатически нейтральной Европы, соответственно.

Европа очень конкурентоспособна в области чистых водородных технологий и имеет все шансы извлечь выгоду из развития чистого водорода во всем мире.

Накопленные инвестиции в возобновляемый водород в Европе могут составить от 180 млрд до 470 млрд евро к 2050 году и от 3 млрд до 18 млрд евро в водород с низким содержанием ископаемого углерода.

По оценкам аналитиков, к 2050 году чистый водород может удовлетворить 24% мирового спроса на энергию с годовым оборотом около 630 млрд евро.

Почти все государства-члены включили инициативы по чистому водороду в свои национальные планы по энергетике и климату, 26 стран участвовали в водородных инициативах, а 14 стран включили водород в свои национальные рамки по развертыванию инфраструктуры альтернативного топлива.

Инвестиционный цикл в секторе чистой энергетики составляет около 25 лет, поэтому пришло время действовать. Эта дорожная карта дополняет представленную стратегию интеграции энергетической системы, которая описывает, как различные направления работы энергетической политики ЕС, в частности, развитие водорода, будут способствовать созданию интегрированной климатически нейтральной энергетической системы. Она основана на возобновляемой электроэнергии, замкнутом цикле, возобновляемом и низко углеродном топливе.

• Декарбонизированный водород, получаемый электролизом

В основном из-за промышленных процессов, требующих водорода высокой чистоты, электролизом воды в мире производится от 0,1 до 70 Мт водорода в год.

Водород, произведенный электролизом воды, называют «зеленым» водородом, если он получен из возобновляемых источников энергии, и «желтым», если он получен из ядерной энергии (водород, произведенный из ядерной энергии).

Интерес к электролизу воды для производства водорода растет по нескольким причинам.

• Если используемая электроэнергия является низкоуглеродной (на основе ядерного, возобновляемого или ископаемого топлива, но с CCUS), то это производство с низким уровнем выбросов CO
• Цена электролитической ячейки имеет тенденцию к снижению,
• Стоимость хранения энергии, например, с помощью батарей, остается высокой.
• Быстрое развитие EnRi12 создает случайные скачки напряжения.

По данным МЭА, для производства 1 кг водорода методом электролиза требуется около 50 кВт/ч электроэнергии и 9 литров воды.

В настоящее время рынок делят две технологии электролиза, и начинает появляться третья.

• Щелочной электролиз, самая распространенная и проверенная технология (существует с 1920-х годов), но находится в относительном упадке,
• Электролизеры с протон обменной мембраной (ПЭМ) — быстро развивающаяся технология;
• Высокотемпературные электролизеры SOEC (твердооксидные электролизеры) находятся в стадии разработки.
• Газовый роуминг как современный источник безуглеродного водорода

Сегодня более 95% водорода по-прежнему производится из ископаемого топлива, для чего используется 6% мирового производства природного газа и 2% мирового производства угля.

В основном водород производится путем парового риформинга природного газа (или других углеводородов, таких как этанол, пропан или бензин), называемого SMR (паро-метановый риформинг), или, в меньшей степени, ATR (автотермический риформинг), оба из которых требуют больших мощностей и высоких выбросов CO2.

Метан, используемый в этих процессах производства водорода, может быть либо природным газом, в этом случае его называют «серым» водородом, либо газифицированным углем, в этом случае его называют «черным» или «коричневым» водородом. В конце концов, различные исследования показали, что водород, произведенный на SMR с CCUS (Carbon Capture, Utilization, и Storage), стоит от 2 до 2,5 €/кг в Европе из-за более высоких цен на газ, чем в других частях мира, где стоимость может доходить до 1,5-2 €/кг.

Каптаж, хранение и использование CO2

Для достижения углеродной нейтральности к 2070 году, по прогнозам МЭА, необходимо значительно увеличить ежегодные мощности по каптажу и хранению CO2.

Для Франции, по оценкам DGEC, роль CCS будет в основном ограничена сокращением остаточных выбросов от промышленных процессов и получением отрицательных выбросов от сжигания биомассы.

CCS не должно покрывать выбросы CO2 от ископаемого топлива во Франции.

Это может показаться незначительным, но электроэнергия во Франции уже является очень низкоуглеродной, а доступ к ней из Франции является дорогим, поскольку в Европе и Северном море строится несколько геологических хранилищ.

Технологии улавливания с разной степенью зрелости

Существует три типа процессов для отделения CO2 от других компонентов дымового газа (пара, диоксида азота и т.д.):

— После сжигания: отделение CO2 происходит на выходе из промышленной установки с помощью таких процессов, как абсорбция в растворителях (обычно аминах), абсорбция в твердых частицах, абсорбция в мембранной диффузии или замороженная дистилляция

— Предварительное сжигание: топливо, которое соединяется с паром или кислородом для получения синтез-газа, включающего CO и H2. Реакция CO с паром приводит к дополнительному выделению H2 и преобразованию CO в CO2. Отделяя CO2 от газовой смеси при высоком давлении, получают газ, пригодный для производства энергии.

— Оксисжигание: кислород для сжигания отделяется от азота в воздухе с помощью сублимационной дистилляции, мембранного разделения или химической петли (подача кислорода в виде оксида металла). Сжигание происходит с почти чистым кислородом с получением горючего газа, состоящего почти полностью из CO2 и водяного пара, которые легко отделяются путем конденсации.

Валоризация CO2 как дополнениe

Согласно отчету МЭА27, 230 млн. тонн CO2 в год в мире используется в основном для производства удобрений (130 млн. тонн CO2/год).

Другие виды коммерческого использования CO2 (20 млн т/год): производство продуктов питания (включая безалкогольные напитки), производство металлов, охлаждение и стимулирование роста растений в теплицах.

МЭА выделяет пять основных продуктов, которые могут представлять собой первоначальный рынок объемом 10 Мт СО2/год для каждого.

1. Топливо, получаемое из CO2, такое как метан, метанол и синтез-газ, может быть произведено с использованием водорода. Это может быть особенно привлекательным в авиации в качестве замены чистого водорода.
2. Из метанола CO2 можно получать химические вещества: олефины, полимеры, ароматику и т.д. Производство поликарбоната из CO2 представляется конкурентоспособным на современном рынке благодаря низкому потреблению энергии и высокой рыночной стоимости.
3. Цемент является потенциальным поглотителем CO2 из-за наличия силиката кальция, который может вступать в реакцию с CO2 с образованием карбоната кальция.
4. Строительные материалы могут быть изготовлены из CO2 и отходов (железный шлак, угольная зола, остатки бокситов и т.д.).
5. Вызванное CO2 увеличение урожайности сельскохозяйственных культур (производство водорослей, тепличных культур и т.д.) может быть значительным — до 25-30%. По оценкам МЭА, в 2060 году потребление CO2 составит от 250 до 878 Мт CO2 в год. Следовательно, масса используемого в мире CO2 должна составлять лишь несколько процентов от массы, хранящейся в геологических структурах.

Поддержка SNECI на пути к декарбонизированному производству промышленной продукции

Мы поддерживаем наших клиентов в декарбонизации их промышленности и производства, улучшая их процессы и рентабельность, принимая во внимание экологические и местные нормативные ограничения.

Наши 10 дочерних компаний позволяют нам оказывать поддержку любому промышленному предприятию или поставщику по всему миру, будь то в Африке, Азии, Европе или Америке.

Наша поддержка в декарбонизации промышленного производства основывается на нескольких направлениях:

• Определение стратегии, адаптированной к вашим амбициям, с четкими целями, соответствующими вашей повестке дня
• Надежное измерение влияния вашей деятельности на изменение климата
• Pазработка дорожной карты и плана действий по сокращению выбросов парниковых газов, который включает в себя многочисленные рычаги, адаптированные к вашей деятельности.
• Компенсация остаточных выбросов в определенных вами рамках.

Наши обязательства по борьбе с изменением климата охватывают еще и многие другие вопросы с различными сопутствующими выгодами благодаря нашему инструменту оценки ISA, который позволяет нам учитывать следующие аспекты

• Ваш вклад в восстановление биоразнообразия
• Устойчивое управление водными ресурсами,
• Ценность ваших действий для ваших сотрудников, ваших клиентов и ваших финансистов,
• Гарантия устойчивости вашей деятельности и вашей компании.

Если вы хотите, чтобы вам перезвонил один из наших экспертов, свяжитесь с нами!