Diventare forti sulle emissioni industriali con le tecnologie di abbattimento della CO2 e di cattura del carbonio
09 Aug 2021
Per soddisfare gli obiettivi relativi al riscaldamento globale, l'industria deve ridurre ulteriormente le sue emissioni di gas serra. Nei settori a emissioni elevate di CO2, le soluzioni GEA stanno avendo un impatto significativo, aiutando i clienti a ridurre le emissioni dannose, migliorare la propria efficienza energetica e facilitando la loro transizione verso una produzione a impatto zero.
Le centrali elettriche a combustibile fossile, insieme alle industrie della termovalorizzazione, dell'acciaio, dell'alluminio, del vetro, dei fertilizzanti e del cemento sono tutti accomunati da una sfortunata caratteristica: sono tutte classificate come industrie ad alta emissione di CO2.
L'anidride carbonica (CO2), uno dei tanti gas serra, assorbe le radiazioni a infrarossi (energia termica netta) emesse dalla superficie terrestre e le reirradia, contribuendo all'effetto serra. Mentre CO2, metano e vapore acqueo sono i gas serra più comuni, anche l'ozono a livello superficiale, i protossidi di azoto e i gas fluorurati intrappolano le radiazioni infrarosse. Una volta rilasciati, i gas serra possono rimanere nell'atmosfera per centinaia - anche migliaia - di anni.
Per raggiungere gli obiettivi fissati dall'accordo di Parigi, l'aumento della temperatura globale deve essere mantenuto a 1,5 gradi Celsius sopra i livelli pre-industriali per mitigare l'ulteriore erosione catastrofica dell'ecosistema naturale del mondo. In caso contrario, la produzione di cibo e la vita in generale sul pianeta saranno sempre più minacciate.
Siamo collettivamente responsabili di affrontare il cambiamento climatico. Dobbiamo accelerare il ritmo e aumentare la portata della nostra risposta e rendere questo prossimo decennio uno di azione globale sul cambiamento climatico."- Nazioni Unite, Report annuale sui cambiamenti climatici 2019
- Nazioni Unite, Report annuale sui cambiamenti climatici 2019
Le soluzioni GEA contribuiscono a un approccio di abbattimento di CO2 su più fronti e sostengono un'economia circolare del carbonio
Per soddisfare l'urgente richiesta di riduzione delle emissioni a livello globale, GEA ha messo insieme un team dedicato per guidare il progresso nell'abbattimento di CO2 tra le industrie ad alta emissione, con particolare attenzione a:
- aumento dell'efficienza energetica dei processi di produzione e di controllo delle emissioni
- soluzioni che facilitano la cattura, lo stoccaggio e l'utilizzo del carbonio
Un affermato leader globale nello sviluppo, progettazione e installazione di sistemi di controllo emissioni e tecnologie per clienti nelle principali industrie di processo, GEA vanta oltre un secolo di esperienza. Questo portafoglio diversificato include:
- tecnologie di pulizia gas per l'industria siderurgica, metallurgica non ferrosa, del vetro, del cemento e chimica
- soluzioni di pulizia gas per impianti di cracking catalitico a letto fluido nelle raffinerie
- scrubber a umido, a semi-secco e a secco per garantire un'elevata purezza dell'aria di scarico
aumento dell'efficienza energetica dei processi di produzione e di controllo delle emissioni
L'utilizzo del calore in eccesso dai processi industriali come la produzione di vetro e cemento è obbligatorio per realizzare gli obiettivi globali di protezione del clima. Ciò richiede l'integrazione di un'unità di recupero del calore di scarto (WHRU) che è un'alternativa molto più sostenibile del semplice scarico di calore nell'atmosfera, o del raffreddamento dei gas mediante l'iniezione d'acqua. Quest'ultimo metodo, per esempio, significa che una preziosa potenza termica viene persa, o è disponibile a una temperatura molto meno desiderabile.
Questo calore recuperato può essere utilizzato nell'ambito del processo di trattamento dell'aria o per generare energia elettrica. Allo stesso modo, può essere utilizzato per produrre aria compressa che è necessaria nel processo di produzione o dirottata verso reti di teleriscaldamento o altri processi di essiccazione.
Heidelberger Cement, produttore di cemento e cliente GEA, metterà presto in funzione una WHRU. Il sistema prenderà il calore di processo generato durante il raffreddamento del clinker e lo devierà verso un essiccatore per portare circa 70.000 tonnellate di fanghi di depurazione disidratati dagli impianti di trattamento regionali al 90 per cento di solidi secchi ogni anno. Con un valore calorifico di 11-13 megajoule per chilogrammo, i solidi saranno tenuti in loco e usati come energia verde per l'impianto, sostituendo una quantità altrimenti significativa di combustibile fossile. Questa soluzione rientra nell'obiettivo dell'azienda di ridurre le emissioni di CO2 del 30 percento entro il 2025 e produrre calcestruzzo a impatto zero per quanto riguarda la CO2 entro il 2050.
Nel 2012, GEA ha supportato il produttore tedesco/austriaco Rohrdorf Zement con il primo sistema di densificazione in coda al mondo per la produzione di cemento. L'impianto comprende un'unità di recupero del calore di scarto GEA (WHRU) e un circuito di trasferimento per consentire il riutilizzo del calore sul posto.
Il produttore di vetro Saint Gobain a Pisa, Italia, utilizza una WHRU di GEAe una centrale elettrica a Ciclo Rankine Organico (ORC) per ricavare energia termica dalla fornace. In loco questa energia viene usata:
- dal sistema di riscaldamento per riscaldare gli edifici
- convertita in elettricità per alimentare la rete interna dell'impianto
- convertita in aria compressa per alimentare diverse macchine pneumatiche
Di conseguenza, l'azienda risparmia circa 5.000 tonnellate di CO2 e quasi un milione di dollari US in costi di elettricità all'anno presso questa sede.
Un impianto ORC è una buona opzione per ridurre in modo significativo le emissioni di CO2, in particolare in impianti dove l'energia termica fluttuante viene alimentata nell'ORC. Questo include applicazioni di vetro e il lato di raffreddamento del clinker nei cementifici. Allo stesso modo, un impianto ORC non genera emissioni aggiuntive di CO2.
Facilitare la cattura, lo stoccaggio e l'utilizzo del carbonio
Le tecnologie per la cattura, lo stoccaggio e l'utilizzo del carbonio (CCS/CCU) comportano l'intrappolamento della CO2 dove viene prodotta nelle fabbriche e nelle centrali elettriche a combustibili fossili. In alcune industrie le emissioni di CO2 legate all'energia sono accompagnate da emissioni relative al processo, che derivano dalla conversione del materiale di processo stesso (ad esempio, CaCO3 → CaO nell'industria del cemento) e quindi non possono essere evitate riducendo la domanda di energia del processo o passando a combustibili alternativi. Catturare la CO2 prima che venga rilasciata nell'atmosfera, per poi utilizzarla o immagazzinarla, è un'opzione praticabile e vitale per minimizzare l'effetto serra.
Le tecnologie di controllo delle emissioni GEA soddisfano tutte le condizioni limite per il passaggio allo scrubbing di CO2, che è il processo necessario per separare l'anidride carbonica dal gas di scarico. Prima però che questo sia possibile è necessario pulire il gas. Per assicurare una performance efficiente del sistema di separazione della CO2 (ad esempio, tramite scrubbing amminico) e una lunga durata dei mezzi di assorbimento, gli impianti di separazione della CO2 richiedono gas di scarico ultra puliti.
Il primo passo è il pre-trattamento e la purificazione delle particelle fini, per i quali GEA offre diverse soluzioni per la rimozione degli inquinanti, compresi gli ossidi solforici e nitrici. Una volta che il gas di scarico è pulito, la separazione di CO2 può iniziare. Per garantire che il processo non impedisca la produzione, GEA raccomanda processi di separazione di CO2 in coda.
Data l'importanza di avere percorsi di utilizzo stabili, prevedibili e flessibili per la CO2 catturata, si raccomanda ai produttori di scegliere questi percorsi prima di selezionare un processo e un impianto di separazione. GEA offre impianti di separazione della CO2 di piccole e medie dimensioni per la massima flessibilità, consentendo ai clienti di produrre CO2 di diversi gradi di purezza e di produrre diversi prodotti attraverso la stessa unità di separazione; questo include soluzioni che utilizzano carbonati, ammine e, in futuro, ammoniaca.
La CO2 catturata durante i processi industriali - o estratta dall'atmosfera - può essere usata al posto di estrarre carbonio da fonti fossili. la CO2 catturata viene già deviata per l'uso in molte applicazioni e industrie, tra cui:
- recupero migliorato di petrolio e gas (EGR) (la CO2 viene iniettata in giacimenti esauriti per sfruttare un maggior grado di petrolio/gas)
- produzione di bevande gassate
- indurimento del calcestruzzo
- materiale di processo per la produzione chimica di plastiche o e-combustibili (ad es. metanolo)
- allevamento di alghe per l'impiego nell'alimentazione di pesci per scopi commerciali
Le sfide globali richiedono un partner esperto
Collaborando con GEA, i clienti hanno al loro fianco un leader globale con decenni di esperienza nelle tecnologie di riduzione delle emissioni. Un'approfondita conoscenza del settore e una comprensione scientifica delle proprietà gassose permettono a GEA di progettare sistemi di controllo delle emissioni con una durata di vita maggiore. Le nostre soluzioni per il recupero del calore di scarto e la purificazione delle particelle fini per flussi di gas, inclusa la separazione termica, vengono impiegate globalmente dai clienti per soddisfare, e più spesso superare, i requisiti delle emissioni legali con il più basso consumo possibile di energia.
Risolvere le nostre sfide climatiche deve iniziare con l'accettazione della necessità e dell'urgenza. I decisori e tutte le parti interessate coinvolte devono poi avere il coraggio e la volontà di cooperare - applicando le soluzioni giuste per i singoli emettitori."- Felix Ortloff, responsabile dei sistemi scrubber, GEA
- Felix Ortloff, responsabile dei sistemi scrubber, GEA
Le emissioni di CO2 richiedono il pagamento di un prezzo
Il "carbon pricing" si riferisce a iniziative che fissano un prezzo esplicito sulle emissioni di gas serra, espresso come un valore per tonnellata di anidride carbonica equivalente (tCO2e). Lo scopo di stabilire un prezzo sulle emissioni di carbonio è quello di innescare un cambiamento nei comportamenti che si traduca in una riduzione delle emissioni. Il prezzo effettivo del carbonio è la somma di vari strumenti basati sul mercato (ad esempio, la tassa specifica sull'energia, la carbon tax e il prezzo delle quote di emissione). La carbon tax è uno strumento basato sul prezzo ed è bassa in alcuni paesi, mentre in altri, come la Svezia, la tassa è molto più alta (126 dollari US per tonnellata). Il prezzo delle quote di emissione è uno strumento basato sul volume e determina il costo della partecipazione ai sistemi di scambio delle emissioni (ETS).
Mentre le industrie trovano modi di passare a fonti di energia rinnovabili, l'investimento in tecnologie di abbattimento e riciclaggio di CO2 rimane cruciale. I benefici chiave sono:
- riduzione delle emissioni di gas serra
- riduzione della tassa sul carbonio
- flussi di entrate dalla vendita di CO2 e di prodotti a base di CO2
- riduzione dei costi energetici e della tassa sul carburante attraverso il recupero del calore di scarto
