工业去碳化

简述

在流程工业领域内，丰富多样的脱碳方法可以帮助人们减少碳足迹。
化工、炼钢、石油和天然气、采矿、发电和食品生产等基础产业的核心生产过程会释放大量温室气体，因而面临着艰巨的碳减排任务。
行业面临碳密集型生产工艺带来的双重挑战，一方面需要降低生产排放，另一方面必须减少化石能源的使用占比。
流程工业达成净零排放目标的主要途径有：减少生产浪费，使用清洁燃料，替换使用可再生能源，以及发展循环经济，减少废物产生。
工业去碳化应循序渐进，持续学习，不断创新，管控投资，为净零排放目标提供动力。
在整个价值链中，推动可持续发展，减少废物排放，与行业内的企业密切合作至关重要。

行动倡议

温室气体排放引起气候变化，是当前全球面临的一项紧迫挑战，企业低碳转型迫在眉睫。减小二氧化碳排放量是当务之急。尽管部分行业具有较高的碳密集度，但每个行业都有减排潜能。

途径包括减排、碳捕获、优化生产效率，使用替代燃料，改进生产方法。统称为“去碳化”，即降低排放至大气中的二氧化碳对环境的影响。文章深入分析工业去碳化的复杂性，探讨实现未来净零排放目标的实用策略，以及合作和技术的重要作用。

应对碳密集型工艺的挑战

部分行业的关键生产工艺属于碳密集型过程，因此，在脱碳过程中需要应对专属挑战。这类行业包括：

化工和石油精炼：炼油过程会排放出大量二氧化碳，尤其是蒸汽甲烷重整制氢（SMR）过程。氢气对于各类生产工艺都至关重要，包括加氢处理，脱除油品中的硫和其他杂质。这一工艺还适用于化肥生产中的合成氨，以及其他重要生产过程。
水泥和石灰生产：水泥和石灰需要经过高温煅烧，会产生二氧化碳等副产品。生产过程普遍使用煤和石油焦等化石燃料，因而增加了碳足迹。
炼钢炼铁：铁矿石被转化为钢铁，冶炼过程需要使用鼓风炉和氧气炉，会排放出大量二氧化碳。连铸、热轧、成型等后续工序同样属于能源密集型工艺，进一步加剧了碳排放。
食品与饮料：从农作物和原料的采购，到加工、包装和分销，不同生产阶段都严重依赖化石燃料，导致行业的碳足迹增加。

上述行业构成了现代社会的基础，也是全球温室气体排放的主要源头。仅在美国，它们的占比已经超过工业二氧化碳排放总量的75%。

工业生产是全球温室气体的主要排放源。

深度分析

化工和石油、水泥和石灰、炼钢炼铁、食品与饮料行业的二氧化碳排放量超过工业总排放量的75%。

源文: ourworldindata.org

减少温室气体排放势在必行，直接关乎环境保护，对于企业履行环境、社会和治理 (ESG)责任，实现经济长期可持续发展也至关重要。

应对能源使用量和生产排放的双重挑战

许多碳密集型工艺同时也是能源密集型过程，进一步增大了复杂度。这就带来了双重挑战：既要减少生产过程自身的排放，又要使用无碳能源。

以炼油厂为例，加氢裂化、常压蒸馏和催化裂化等工艺需要使用大量能源。能源需求对化石燃料的依赖进一步加剧了生产过程对环境的影响。

现代化炼油厂的脱碳潜能。

水泥和石灰生产离不开回转窑煅烧，石灰石和其他矿物在烧窑中被加热至高温。过程中会排放大量二氧化碳，回转窑的使用年限直接关乎燃烧效率。通常，老旧设备没有配备先进的预热系统，热效率较低，降低了整体能效和生产效率。

将预热后的水泥生料送入回转窑中，以提高能效。

在钢、铁和其他金属的生产过程中，加热、熔融和成型工艺同样需要耗费大量能源，一般使用天然气和煤等化石燃料。为了有效应对错综复杂的挑战，流程工业必须从四个基本点着手制定全面脱碳战略，每个基本点都有助于实现净零运营目标。

强大脱碳战略的四个基本途径

战略

减少碳排放
第一个基本点是尽可能减少副产品二氧化碳的排放，或实现零碳排放。往往需要转变运营模式，采用创新技术。常见的过程优化方法包括微调现有操作流程，尽量降低能耗，减少生产废物。安装先进的过程控制系统，进行数据分析，优化资源利用。基于现有或新安装仪表提供的基础数据进行分析。寻找并采用较低碳密集型的替代技术。如果条件允许，替换使用可再生的电气化能源，安装使用更高效的设备，采用碳捕集、利用与封存（CCUS）技术，减少碳排放。CCUS的主要目的是收集并储存过程废气，防止二氧化碳排放至大气环境中。某些情况下，可能需要全面重新设计工艺，才能实现大幅减排的效果。替换使用全新的生产方法，采用不同的原材料，或者寻找替代化学方法，尽可能减少或完全消除二氧化碳排放。
选用清洁燃料
第二个基本点是淘汰化石燃料，使用氢能等更清洁的替代能源，助力达成工业脱碳目标。绿氢通过可再生能源电解制备，是一种零碳燃料。在流程工业的众多应用中蕴藏巨大潜能，包括在高温过程中替代天然气，作为低碳化学品和燃料的生产原料。生物燃料来自农业废料、木屑和其他有机物等可再生能源，是更具可持续性的化石燃料替代品。虽然其燃烧过程会排放二氧化碳，但仍被视为碳中和过程，因为原料在生长过程中已经吸收了大气中的碳。
脱碳降耗
第三个基本点是针对能耗分布扩展替换清洁能源的范围，涵盖从为机械设备提供动力，到为各类生产过程提供热量的方方面面。将太阳能、风能、水能和地热能等可再生能源纳入能源结构至关重要。包括利用太阳能发电场或风力涡轮机现场发电，公用工程直接购买可再生能源，以及签署可再生能源购销协议。如可行，电气化 —— 使用电能替代传统化石燃料 —— 减排效果同样显著。尤其在供暖和运输等过程中，电能的应用日趋广泛，成本效益也逐步提升。
减少生产浪费，打造循环高效的生产过程
第四个基本点是强调在整个生产过程中杜绝浪费，从而降低能耗及碳排放。安装先进的过程控制系统，进行数据分析，基于仪表输出的数据识别效率低下的生产环节，优化工艺流程，从源头上避免生产浪费。此外，废物可以回收利用，生产有用的产品或其他生产原料，推动循环经济发展，减轻副产品对环境造成的负担。帮助不同机构组织转变思维方式，从“开采 —— 生产 —— 废弃”的线性模式转向循环经济，注重重复使用、再利用，并尽可能地延长资源循环的时间。这一理念对于实现长期可持续发展至关重要。