Twarda walka z emisjami przemysłowymi za pomocą technologii ograniczania emisji CO2 i wychwytywania dwutlenku węgla
09 Aug 2021
Aby osiągnąć cele związane z globalnym ociepleniem, przemysł musi dalej ograniczać emisję gazów cieplarnianych. W sektorach o wysokiej emisji CO2 rozwiązania GEA mają znaczący wpływ, pomagają klientom redukować szkodliwe emisje, poprawiają efektywność energetyczną i torują drogę do produkcji neutralnej pod względem emisji dwutlenku węgla.
Elektrownie wykorzystujące paliwa kopalne, a także przemysł przetwarzania odpadów na energię, stalowy, aluminiowy, szklarski, nawozowy i cementowy mają jedną niefortunną cechę wspólną: wszystkie są sklasyfikowane jako branże o wysokiej emisji CO2.
Dwutlenek węgla (CO2), jeden z kilku gazów cieplarnianych, pochłania promieniowanie podczerwone (energia cieplna netto) emitowane z powierzchni Ziemi i wypromieniowuje je z powrotem, przyczyniając się do efektu cieplarnianego. Podczas gdy CO2, metan i para wodna są najbardziej powszechnymi gazami cieplarnianymi, ozon troposferyczny, podtlenki azotu i gazy fluorowane również pochłaniają promieniowanie podczerwone. Raz uwolnione gazy cieplarniane mogą pozostawać w atmosferze przez setki, a nawet tysiące lat.
Aby osiągnąć cele wyznaczone w Porozumieniu paryskim, wzrost temperatury na świecie musi zostać utrzymany na poziomie 1,5 stopnia Celsjusza powyżej poziomu sprzed epoki przemysłowej, tylko to pozwoli zapobiec dalszej katastrofalnej erozji naturalnego ekosystemu świata. Niepowodzenie w tym zakresie będzie coraz bardziej zagrażać produkcji żywności i ogólnie życiu na naszej planecie.
Jesteśmy zbiorowo odpowiedzialni za przeciwdziałanie zmianom klimatu. Musimy przyspieszyć tempo i zwiększyć skalę naszej reakcji oraz sprawić, by najbliższe dziesięciolecie stało się okresem globalnych działań w zakresie zmiany klimatu”. — Organizacja Narodów Zjednoczonych, Sprawozdanie roczne na temat zmian klimatu, 2019 r.
Organizacja Narodów Zjednoczonych, Sprawozdanie roczne na temat zmian klimatu, 2019 r.
Rozwiązania GEA przyczyniają się do wielopłaszczyznowego podejścia do redukcji CO2 i wspierają okrężną gospodarkę węglową
Aby sprostać pilnemu zapotrzebowaniu na redukcję emisji na całym świecie, GEA stworzyła specjalny zespół, którego zadaniem jest tworzenie postępu w redukcji emisji CO2 w wysokoemisyjnych gałęziach przemysłu, ze szczególnym uwzględnieniem:
- zwiększenia efektywności energetycznej procesów produkcyjnych i kontroli emisji,
- rozwiązań ułatwiających wychwytywanie, składowanie i wykorzystywanie dwutlenku węgla.
GEA jest uznanym światowym liderem w rozwoju, projektowaniu i montażu systemów kontroli emisji oraz technologii dla klientów z kluczowych gałęzi przemysłu przetwórczego i posiada w tych obszarach ponad stuletnie doświadczenie. To zróżnicowane portfolio obejmuje:
- technologie oczyszczania gazów dla hutnictwa żelaza i stali, hutnictwa metali nieżelaznych, przemysłu szklarskiego, cementowego i chemicznego,
- rozwiązania w zakresie oczyszczania gazów dla instalacji fluidalnego krakingu katalitycznego w rafineriach,
- płuczki mokre, półsuche i suche zapewniające wysoką czystość powietrza wylotowego.
Zwiększenie efektywności energetycznej procesów produkcyjnych i kontroli emisji
Wykorzystanie nadmiaru ciepła z procesów przemysłowych, takich jak produkcja szkła i cementu, jest niezbędne do osiągnięcia globalnych celów ochrony klimatu. Wymaga to zintegrowania urządzenia do odzyskiwania ciepła odpadowego (WHRU), które jest znacznie bardziej zrównoważoną alternatywą niż zwykłe odprowadzanie ciepła do atmosfery lub chłodzenie gazów poprzez wtryskiwanie do nich wody. Ta ostatnia metoda oznacza na przykład, że cenna moc cieplna jest tracona lub jest dostępna przy znacznie mniej pożądanej temperaturze.
Odzyskane w ten sposób ciepło może być wykorzystane w procesie oczyszczania powietrza lub do wytwarzania energii elektrycznej. Może być również wykorzystane do wytwarzania sprężonego powietrza, które jest potrzebne w procesie produkcyjnym lub kierowane do sieci ciepłowniczych lub innych procesów osuszania.
Producent cementu i klient GEA, Heidelberger Cement, uruchomi wkrótce urządzenie WHRU. System będzie pobierał ciepło procesowe wytwarzane podczas chłodzenia klinkieru i kierował je do suszarni, aby doprowadzić około 70 000 ton odwodnionych osadów ściekowych z regionalnych oczyszczalni ścieków do poziomu 90 procent suchej masy rocznie. Dzięki wartości opałowej wynoszącej od 11 do 13 megadżuli na kilogram, substancje stałe będą przechowywane na miejscu i wykorzystywane jako zielona energia dla zakładu, zastępując znaczną ilość paliwa kopalnego. Rozwiązanie to stanowi część celu firmy, jakim jest redukcja emisji CO2o 30% do roku 2025 i produkcja betonu neutralnego pod względem emisji CO2 do roku 2050.
W 2012 roku GEA wsparła niemiecko-austriackiego producenta Rohrdorf Zement przy budowie pierwszego na świecie systemu odazotowania w produkcji cementu. Instalacja zawiera urządzenie do odzyskiwania ciepła odpadowego (WHRU) firmy GEA oraz obieg transferowy, aby umożliwić ponowne wykorzystanie ciepła na miejscu.
Producent szkła Saint Gobain we włoskiej Pizie używa urządzenia WHRU od GEA i elektrowni pracującej w organicznym cyklu Rankine'a (ORC) do pozyskiwania energii cieplnej ze swojego pieca. Energia ta jest wykorzystywana na miejscu:
- przez system grzewczy do ogrzewania budynków,
- przetwarzana na energię elektryczną do zasilania sieci wewnętrznej zakładu,
- przetwarzana na sprężone powietrze do zasilania kilku urządzeń pneumatycznych.
Dzięki temu firma oszczędza rocznie w tej lokalizacji około 5000 ton CO2 i prawie milion dolarów na kosztach energii elektrycznej.
Instalacja ORC jest dobrym rozwiązaniem do znacznej redukcji emisji CO2, szczególnie w zakładach, w których do ORC doprowadzana jest zmienna moc cieplna. Obejmuje to zastosowania w przemyśle szklarskim oraz chłodzenie klinkieru w cementowniach. Podobnie instalacja ORC nie generuje żadnych dodatkowych emisji CO2.
Ułatwienie wychwytywania, składowania i wykorzystywania dwutlenku węgla
Technologie wychwytywania, składowania i wykorzystania dwutlenku węgla (CCS/CCU) polegają na wychwytywaniu CO2 tam, gdzie jest on wytwarzany w fabrykach i elektrowniach spalających paliwa kopalne. W niektórych gałęziach przemysłu emisjom CO2 związanym z energią towarzyszą emisje związane z procesem technologicznym, które wynikają z konwersji samego surowca (np. CaCO3 → CaO w przemyśle cementowym) i dlatego nie można ich uniknąć poprzez zmniejszenie zapotrzebowania na energię w procesie technologicznym lub przejście na paliwa alternatywne. Wychwytywanie CO2 zanim zostanie on uwolniony do atmosfery, a następnie jego wykorzystanie lub składowanie, jest realną opcją i ma zasadnicze znaczenie pod kątem minimalizowania efektu cieplarnianego.
Technologie kontroli emisji GEA spełniają wszystkie warunki brzegowe wymagane do przejścia na płuczki CO2 stosowane w procesie wymaganym do oddzielenia dwutlenku węgla ze spalin. Zanim jednak będzie to możliwe, konieczne jest oczyszczenie gazu. Aby zapewnić wydajne działanie systemu oddzielania CO2 (np. za pomocą płuczki aminowej) oraz długą żywotność czynników absorpcyjnych, instalacje do oddzielania CO2 wymagają ultraczystych gazów spalinowych.
Pierwszym etapem jest obróbka wstępna i usunięcie drobnych cząstek, tutaj GEA oferuje różnorodne rozwiązania w zakresie usuwania zanieczyszczeń, w tym tlenków siarki i azotu. Gdy gaz odlotowy jest już czysty, można rozpocząć oddzielanie CO2. Aby proces ten nie utrudniał produkcji, GEA zaleca procesy separacji CO2 na etapie końcowym.
Biorąc pod uwagę znaczenie posiadania stabilnych, przewidywalnych i elastycznych ścieżek wykorzystania wychwyconego CO2, zaleca się, aby producenci wybrali te ścieżki przed dobraniem procesu oddzielania i rodzaju instalacji. GEA oferuje małe i średnie instalacje do oddzielania CO2 w celu zachowania maksymalnej elastyczności, pozwalając klientom na produkcję CO2 o różnej klasie czystości i wytwarzanie różnych produktów przez to samo urządzenie; obejmuje to rozwiązania wykorzystujące węglany, aminy, a w przyszłości amoniak.
CO2 wychwycony w procesach przemysłowych — lub pozyskany z atmosfery — może zostać wykorzystany zamiast węgla pochodzącego ze źródeł kopalnych. Wychwycony CO2 jest już kierowany do wykorzystania w wielu zastosowaniach i gałęziach przemysłu, a są to między innymi:
- intensywne wydobycie ropy i gazu (EGR) (CO2 jest wstrzykiwany do wyeksploatowanych złóż w celu wydobycia większej ilości ropy/gazu),
- produkcja napojów gazowanych,
- utwardzanie betonu,
- surowiec do produkcji chemicznej tworzyw sztucznych lub paliw syntetycznych (np. metanol),
- hodowla alg do wykorzystania w komercyjnej paszy dla ryb.
Globalne wyzwania wymagają doświadczonego partnera
Współpracując z GEA, klienci mają u swego boku światowego lidera z kilkudziesięcioletnim doświadczeniem w technologiach redukcji emisji. Dogłębna znajomość branży i naukowe zrozumienie właściwości gazów umożliwia GEA projektowanie systemów kontroli emisji o dłuższej żywotności. Nasze rozwiązania w zakresie odzyskiwania ciepła odpadowego i dokładnego oczyszczania strumieni gazowych, w tym oddzielania termicznego, są stosowane na całym świecie przez klientów w celu spełnienia — a często nawet przewyższenia — ustawowych wymogów dotyczących emisji przy możliwie najniższym zużyciu energii.
Rozwiązywanie naszych wyzwań klimatycznych musi rozpocząć się od zaakceptowania konieczności i pilności wykonania tego zadania. Decydenci i wszyscy zainteresowani muszą mieć odwagę i chęć do współpracy, stosując właściwe rozwiązania dla poszczególnych emitentów”. — Felix Ortloff, szef działu systemów płuczek, GEA
Felix Ortloff, szef działu systemów płuczek, GEA
Cena, którą płacimy za emisję CO<sub>2</sub>
„Ustalanie cen emisji dwutlenku węgla” odnosi się do inicjatyw, które określają wyraźną cenę emisji gazów cieplarnianych, wyrażoną jako wartość tony ekwiwalentu dwutlenku węgla (tCO2e). Celem nałożenia ceny na emisję dwutlenku węgla jest wywołanie zmiany zachowań, która spowoduje zmniejszenie emisji. Rzeczywista cena emisji dwutlenku węgla jest sumą różnych instrumentów rynkowych (np. specjalnego podatku energetycznego, podatku węglowego i ceny uprawnień do emisji). Podatek węglowy jest instrumentem opartym na cenie i jest niski w niektórych krajach, podczas gdy w innych, takich jak Szwecja, podatek ten jest znacznie wyższy (126 USD za tonę). Cena uprawnień do emisji jest instrumentem opartym na wielkości emisji i określa koszt uczestnictwa w systemach handlu uprawnieniami do emisji (ETS).
W miarę jak przemysł znajduje sposoby przejścia na odnawialne źródła energii inwestycje w technologie ograniczania emisji CO2 i recyklingu pozostają kluczowe. Ich główne zalety to:
- ograniczenie emisji gazów cieplarnianych,
- obniżony podatek węglowy,
- strumienie przychodów ze sprzedaży CO2 i produktów na bazie CO2,
- obniżenie kosztów energii i podatku paliwowego poprzez odzysk ciepła odpadowego.
