Ученые: 85% промышленности могут быть декарбонизованы прямо сегодня

На промышленный сектор приходится 25% мировых выбросов CO2, или 9,3 млрд метрических тонн в год, и эта цифра продолжает расти. Команда из Университета Лидса рассмотрела различные производства с максимальным выбросов СО2 и доступные варианты их декарбонизации. Ученые обнаружили, что даже если бы использовались только варианты технологий средней и высокой степени зрелости (TRL 6-9), связанные с улавливанием и хранением углерода или переходом на водород или биомассу в качестве топлива, большинство промышленных секторов уже смогли бы сократить выбросы в среднем на 85%. Правда, при этом стоимость стали выросла бы на 15%, бетона — на 30%, а олефинов — на 220%.

Железо и сталь

В производстве чугуна и стали используется доменные печи на ископаемом топливе, кислородные печи и кокс, что приводит к большим выбросам углекислого газа — две тонны на каждую тонну стали. Однако есть возможности для улучшения экологической эффективности. Один из вариантов — заменить кокс зеленым водородом и использовать его для питания электродуговой печи. Это позволит производить сталь без выбросов. Даже если сталелитейный завод захочет сохранить существующее оборудование, улавливание и хранение углерода (CCS) может изолировать 86% выбросов сталелитейного производства за счет повышения энергопотребления на 17%. Еще один вариант развития технологии — электродобыча.

Химическое производство

Существуют производственные процессы, где можно сократить выбросы углерода, используя улавливание и хранение СО2. Например, в паровом крекинге для производства этилена, пропилена, бутадиена и ацетилена, CCS может сократить выбросы на 90%, однако это потребует на 25% больше энергии. В паровом риформинге для производства метанола и водорода электролизеры могут полностью исключить выбросы углекислого газа, но этот процесс потребует гораздо больше электроэнергии — на 743% по сравнению с существующими методами. Процесс CCS будет менее эффективен, улавливая лишь 52–88% выбросов с увеличением энергопотребления на 10%.

Цемент и известь

CCS в цементной и известковой промышленности имеет большой потенциал для сокращения выбросов, но требует значительных дополнительных энергозатрат — от 62% до 166%. Еще один подход для сокращения выбросов в этих отраслях — использование водорода, биомассы или электричества в печах для обжига — может сократить общие выбросы на 40%.

Производство алюминия

Основная проблема выбросов при производстве алюминия связана с использованием грязного электричества в процессе электролиза. Около двух третей выбросов происходит из-за этого. Решением может быть переход на использование зеленой энергии. Оставшиеся выбросы связаны с технологическими процессами. Чтобы их сократить, можно уменьшить потребление энергии на 20% путем замены углеродных анодов в электролизерах на инертные. Дополнительные 13-16% выбросов можно устранить, применяя электрические или водородные котлы и декарбонизаторы в процессе рафинирования глинозема. Самым чистым способом производства алюминия является переработка с помощью хорошо налаженного вторичного производства. По оценкам исследователей, это может сократить выбросы на 95%.

Стекло

При производстве стекла большая часть выбросов связана с печным теплом. Переход на электрическую печь или печь, работающую на биотопливе, может снизить общие выбросы на 80%. В случае использования электричества также возможно сокращение потребления энергии на 15-25% по сравнению с традиционными методами. Дополнительные меры, такие как использование стеклобоя и прокаленных исходных материалов, могут сократить выбросы еще на 5%, при этом затраты на материалы или энергию остаются на приемлемом уровне.

Барьеры на пути декарбонизации

В промышленном секторе электрификация может требовать значительного увеличения эксплуатационных затрат — до 200-300%. Также дорого стоит улавливание и хранение углерода, добавляя до $250 за каждую тонну переработки, в зависимости от технологии и процесса. Электрификация некоторых промышленных предприятий может потребовать подключения к сети мощностью в гигаватты. Такие изменения могут привести к увеличению затрат на производство стали на 15% во всем мире, на 50-220% для олефинов и ароматических соединений, а также на 30% для бетона. Это скажется на потребительских ценах на конечную продукцию этих производств. Однако в среднем по экономике цены от таких мер должны вырасти совсем незначительно. Одно исследование показало, что достижение нулевых выбросов к 2050 году в промышленности может потребовать увеличения потребительских цен менее чем на 1%.

Но поводы для оптимизма есть: солнечная и ветровая энергия уже конкурентоспособны по стоимости, а прорывы в сверхглубоком бурении могут открыть большие объемы геотермальной энергии почти в любой точке планеты. Модульная ядерная энергетика могла бы производить электроэнергию в промышленных масштабах прямо на месте. Широкое распространение производства зеленой энергии к середине века так или иначе неизбежно приведет к значительному сокращению выбросов СО2, надеются ученые.

Источник: https://hightech.plus/