بخش صنعت مسئول حدود 25 درصد از انتشار CO2 در جهان است – یا حدود 9.3 میلیارد تن در سال و در حال رشد است. اما تیمی در دانشگاه لیدز می‌گوید که برای پاک کردن بیشتر این موارد نباید منتظر فناوری جدید جادویی باشیم.

در مطالعه جدیدی که در مجله منتشر شده است ژول، محققان طیف وسیعی از بخش‌های مختلف صنعت را مورد بررسی قرار دادند و به گزینه‌های کربن‌زدایی موجود، پتانسیل کاهش انتشار و سطح آمادگی فناوری آن‌ها (TRL) نگاه کردند – معیاری است که نشان می‌دهد یک فناوری چقدر به آمادگی برای پذیرش گسترده نزدیک است.

آنها دریافتند که حتی اگر فقط از گزینه‌های با بلوغ متوسط ​​و بالا (TRL 6-9) استفاده شود – که عمدتاً شامل جذب و ذخیره کربن (CCS) و/یا تغییر سوخت به هیدروژن یا زیست توده است – اکثر بخش‌های صنعتی در حال حاضر قادر به کاهش مصرف هستند. به طور متوسط ​​85 درصد از انتشار.

در اینجا خلاصه‌ای سریع از حوزه‌هایی که آنها ارزیابی کردند، فناوری‌هایی که آماده انتشار هستند و جاهایی که هنوز شکاف‌هایی وجود دارد، آورده شده است.

آهن و فولاد

بیشتر فرآیندهای تولید آهن و فولاد شامل کوره بلند سوخت فسیلی و کوره بلند اکسیژن برای دستیابی به دمای بالا و همچنین کک (زغال سنگ پخته) به عنوان یک عامل کاهنده است که منجر به انتشار حدود دو تن CO2 برای هر تن فولاد تولید شده می شود.

شما می توانید کک را با هیدروژن سبز جایگزین کنید و از همان هیدروژن برای تامین انرژی یک کوره قوس الکتریکی برای تولید فولاد سبز استفاده کنید – در واقع، قبلا وجود دارد. کارخانه های فولاد سبز در حال بهره برداری بود که یکی از آنها بود تحویل ولوو.

اما حتی اگر یک فولادساز بخواهد دارایی‌های کوره‌های موجود خود را حفظ کند، این مطالعه نشان داد که CCS می‌تواند 86 درصد از آلاینده‌های تولید فولاد را با هزینه 17 درصد مصرف انرژی بالاتر از بین ببرد. گزینه های دیگری مانند کباب کردن برقی در خط لوله فناوری وجود دارد.

تولید مواد شیمیایی

صنایع شیمیایی کمی دشوار است زیرا محصولات، فرآیندها، مواد اولیه و واکنش های بسیار متفاوتی وجود دارد. اما برخی از فرآیندهای با انتشار بالا وجود دارد، مانند سنتز آمونیاککه جایگزین های سبز ثابت شده ای برای آن وجود دارد.

کراکینگ با بخار برای تولید بلوک های شیمیایی مهم مانند اتیلن، پروپیلن، بوتادین، استیلن و آروماتیک ها تا حدودی دشوارتر است. این تیم تخمین زد که کراکرهای بخار برقی و هیدروژنی فقط به TRL 5 رسیدند، درست زیر مقدار مجاز. اما با استفاده از CCS به تنهایی، حدود 90٪ از انتشار فعلی را می توان جدا کرد – اگرچه به حدود 25٪ انرژی بیشتر نیاز دارد.

در اصلاح بخار، برای تولید متانول و هیدروژن، الکترولیزها به خوبی تثبیت شده اند و می توانند انتشار کربن را به طور کامل حذف کنند – به قیمت مقدار زیادی برق، که نشان دهنده جهش 743٪ در مصرف انرژی نسبت به روش های فعلی است. در اینجا، CCS کارایی کمتری خواهد داشت و تنها 52 تا 88 درصد از آلاینده‌های حاصل از فرآیندهای تولید موجود را جذب می‌کند و نیاز به افزایش 10 درصدی در مصرف انرژی دارد.

سیمان و آهک

بیشتر انتشار کربن از سیمان و آهک «انتشار فرآیندی» است که اگر بخواهیم به استفاده از این ترکیبات ادامه دهیم اجتناب ناپذیر به نظر می رسد. این بدان معنی است که بسیاری از پتانسیل کاهش انتشار در این بخش در CCS خواهد بود، با هزینه سرمایه گذاری های انرژی اضافی “قابل توجه” بین 62-166٪.

از سوی دیگر، تبدیل کوره های آهک و سیمان برای کارکردن با هیدروژن، زیست توده یا برق می تواند تا 40 درصد از کل انتشارات این بخش را بدون تأثیر زیادی بر نیازهای انرژی حذف کند.

تولید آلومینیوم

بیشتر انتشارات در تولید آلومینیوم در حال حاضر – حدود دو سوم – از الکتریسیته ساده و کثیف مورد استفاده برای تامین انرژی فرآیند الکترولیز ناشی می شود، بنابراین این یک پیروزی آسان است. از انرژی سبز استفاده کنید برخی از مسائل باقی مانده مبتنی بر فرآیند هستند. اینها را می توان با کاهش 20 درصدی مصرف انرژی با استفاده از آندهای بی اثر به جای کربن در الکترولیزها حل کرد.

13 تا 16 درصد باقیمانده انتشار گازهای گلخانه ای را می توان با تغییر به دیگ های الکتریکی یا هیدروژنی و کلسینرها در فرآیند پالایش آلومینا حذف کرد، اگرچه اینها هنوز به توسعه قابل توجهی نیاز دارند.

تمیزترین و ساده ترین راه فعلی برای تولید آلومینیوم بازیافت آن از طریق یک مسیر تولید ثانویه به خوبی تثبیت شده است که به گفته محققان، انتشار گازهای گلخانه ای را تا حدود 95 درصد کاهش می دهد.

خمیر و کاغذ

هیچ انتشار فرآیندی برای مقابله با خمیر و کاغذ وجود ندارد. کربن‌زدایی از سیستم‌ها و بویلرهای ترکیبی حرارت و برق (CHP) و همچنین طیف وسیعی از اقدامات کارآمد برای کاهش مصرف کلی انرژی است. این مطالعه همچنین برخی از رویکردهای مختلف برای خشک کردن کاغذ را که در مراحل مختلف توسعه هستند، برجسته می‌کند.

شیشه

همانطور که می توانید تصور کنید، گرمای کوره بزرگترین منبع انتشار گازهای گلخانه ای در تولید شیشه است. تغییر ساده به کوره برقی یا سوخت زیستی حدود 80٪ از کل انتشار را کاهش می دهد – و در مورد الکتریکی، شما در واقع مصرف انرژی را 15-25٪ در مقایسه با روش های سنتی کاهش می دهید.

علاوه بر این، استفاده از سنگ خرد شده اضافی و ورودی های کلسینه شده، پتانسیل کاهش انتشار 5 درصدی اضافی را بدون افزایش قابل توجه هزینه مواد یا انرژی ارائه می دهد.

غذا و نوشیدنی

اگرچه این، مانند تولید مواد شیمیایی، بخش نسبتاً متنوعی است، اما بیشتر انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از استفاده از بخار در فرآیندهای گرمایش و خشک کردن و از احتراق مستقیم سوخت های فسیلی برای CHP است. فرآیندهای مختلف الکتریکی، سوخت زیستی، هیدروژن، مایکروویو، اولتراسونیک، خورشیدی متمرکز، زمین گرمایی و فرابنفش آماده به کار هستند.

موانع صنعتی برای کربن زدایی

تا اینجا تصویر کاملا واضح است. سهم عمده انتشار گازهای گلخانه‌ای صنعتی ناشی از استفاده از گرما و الکتریسیته است – که بیشتر آن‌ها می‌توانند الکتریکی شوند یا به سوخت‌های پاک تبدیل شوند – و از انتشارات فرآیندی که بیشتر آن‌ها می‌توانند جمع‌آوری و ذخیره شوند. هنوز برخی از شکاف‌های تکنولوژیک برای انتشار کربن صفر مطلق وجود دارد، به‌ویژه در مناطقی مانند سرامیک‌هایی که به حرارت بسیار بالا نیاز دارند – اما کاهش ۸۵ درصدی در انتشارات صنعتی با استفاده از ماشین‌ها و تکنیک‌های موجود امکان‌پذیر است.

با این حال، مشکلات زیادی وجود دارد. برای شروع، می توانید هر آنچه را که می خواهید برقی کنید، اما تا زمانی که شبکه برق را کربن زدایی نکنید، فقط انتشار گازهای گلخانه ای را به زنجیره بالا می برید. چالش حرکت به سمت شبکه‌های انرژی پاک و تجدیدپذیر در سراسر جهان تنها با این واقعیت تشدید می‌شود که هر چیزی را که برق می‌دهید به مقدار بیشتری نیاز دارد. بنابراین شرکت‌های برق تنها مجبور نیستند ظرفیت موجود خود را جایگزین کنند. آنها باید بسیار بسیار بیشتر از آنچه که قبلاً کثیف بوده اند، انرژی پاک تولید کنند.

به طور مشابه، فرآیندهایی که به هیدروژن نیاز دارند، به افزایش عظیمی در تولید هیدروژن سبز در سرتاسر جهان نیاز دارند – که به انرژی پاک‌تر و همچنین زیرساخت‌ها و لجستیک مورد نیاز برای جابجایی و ذخیره ایمن آن نیاز دارند.

و حتی در پایان صنعتی، با وجود سوخت‌های فسیلی که هنوز در بسیاری از بازارها بسیار ارزان‌تر از برق هستند، برق‌رسانی به این اهداف کم کربن‌زدایی می‌تواند 200 تا 300 درصد هزینه‌های عملیاتی را افزایش دهد. به همین ترتیب، جذب و ذخیره‌سازی کربن نیز می‌تواند بسیار گران شود و بسته به فناوری مورد استفاده و فرآیندی که کربن‌زدایی می‌کنید، بین 10 تا 250 دلار به هزینه‌های هر تنی که با آن کار می‌کنید، اضافه می‌کند. این علاوه بر ارتقاء چند میلیون دلاری زیرساخت های الکتریکی شما در صورت استفاده از مقادیر جدی انرژی است. برقی شدن برخی از کارخانه های صنعتی ممکن است نیاز به اتصال به شبکه در مقیاس گیگاوات داشته باشد.

به گفته محققان نتیجه می تواند افزایش 15 درصدی هزینه تولید فولاد در سراسر جهان، افزایش 50 تا 220 درصدی قیمت الفین ها و ترکیبات معطر و 30 درصد افزایش قیمت بتن باشد.

از سوی دیگر، اگر این هزینه های اضافی از طریق افزایش قیمت به مصرف کنندگان منتقل شود، ممکن است چندان بد نباشد. یک مطالعه موردی با تمرکز بر بریتانیا نشان داد که “کربن زدایی صنعتی مطابق با هدف صفر خالص تا سال 2050 می تواند با افزایش کلی قیمت مصرف کننده کمتر از 1٪ به دست آید”.

و در حالی که انرژی پاک ممکن است چالش بزرگی در حال حاضر ایجاد کند، اقتصاد برای انرژی خورشیدی و بادی قوی است که در حال حاضر از نظر هزینه بسیار رقابتی هستند – و چندین مورد پیشرفت های حیاتی در حفاری فوق عمیق می‌تواند مقادیر بی‌معنی انرژی زمین‌گرمایی را تقریباً در هر نقطه‌ای از این سیاره باز کند، به غیر از انرژی هسته‌ای پیشرفته و مدولار – که می‌تواند تولید برق در مقیاس صنعتی را دقیقاً روی زمین قرار دهد.

بنابراین اگرچه آسان نخواهد بود، اما مطمئناً ممکن به نظر می رسد. و با توجه به میزان مناسب دولت، و همچنین تفکر تجاری زیرکانه و سرعت فزاینده توسعه فناوری، دلیلی برای امیدواری بسیار وجود دارد.

تحقیق به صورت رایگان در مجله قابل دسترسی است ژول.

منبع: دانشگاه لیدز از طریق EurekAlert