工业脱碳的基础
工业生产是最主要的碳排放源之一,来自能源使用、产品制造、化工生产和运输过程。气候变化和新法规驱动制造商力争净零排放。
简述
- 高度碳密集型行业有电力、化工、钢铁、混凝土和石灰、铝,以及运输(海运、空运和重型卡车运输)等行业。上述行业的温室气体排放量约占全球排放总量的30%。
- 各行业均可选择碳密集度较低的生产工艺,提高运营效率,采用碳捕获技术,减少对化石燃料的依赖,减少碳足迹。
- 去碳化有新途径可供选择,包括减少公用工程和运输过程中的碳排放,甚至实现零排放,增加对创新清洁技术的投资,以及实施新兴的制氢技术。
- 工业向可再生能源转型,提高燃料燃烧效率,选用清洁的分销和运输系统,发展循环经济以减少废物产生,实现净零排放目标。
挑战
全球温室气体(GHG)排放引起气候变化,迫使人们立即采取行动,减少碳排放。流程工业是主要碳排放源,所有行业都存在脱碳潜能。2050年之前,力争实现净零排放目标。未来数十年内,如果碳密集型行业的碳排放总量减半,全球碳排放量将随之减少15%。
深度分析
如果碳密集型行业的碳排放总量减半,全球碳排放量将随之减少15%。
夯实工业脱碳基础需要全球领导力和各工业部门之间的协作,以及大规模有针对性地投资创新、清洁、新兴技术领域,比如使用氢能和其他替代燃料。
全球工业温室气体排放
食品与饮料、有色金属(比如铝)、纸浆与造纸、机械加工、采矿、矿石开采、建筑、纺织、木制品和汽车制造行业也是工业排放源,值得注意。
运输行业对每个工业市场都有影响,也会造成大量温室气体排放。主要来自电动汽车的电能供应(间接排放),以及燃烧化石燃料驱动交通工具(直接排放)。
全球公路运输领域,汽油和柴油燃烧产生的碳排放量占比很大。其中,60%来自客运,40%来自货运。
运输领域的其他碳排放来自空运、海运和铁路运输。最后,施工不当或维护不善导致的管道泄漏也会产生直接逃逸性排放。主要是甲烷,它是一种强温室气体。
深度分析
二氧化碳并不是唯一的主要温室气体。其它气体也会引起气候变化,包括甲烷、一氧化二氮、工业碳氟化合物(含氟气体)。
按经济部门统计一次能源产生的二氧化碳排放量
总体而言,公用工程领域的温室气体排放占比最高。其中,以煤、石油和天然气作为燃料的传统火电厂占据了主要部分。因此,电厂的清洁能源转型是减少碳排放的主要途径。
脱碳之路
“2050年之前实现净零排放”是全球工业界认可的脱碳目标。如图所示,工业减排已取得积极成效。然而,并非所有倡议都只是净零承诺。
工业减排途径多样,以下逐一探讨。
全球领导和经贸协调
全球领导集团组织公布减少温室气体排放的方法途径,特别提出了科学碳目标倡议(SBTi),确定企业生产运营对气候的影响。科学碳目标倡议(SBTi)是一项由碳信息披露项目(CDP)、联合国全球契约项目(UNGC)、世界资源研究所(WRI)和世界自然基金会(WWF)联合发起的全球倡议。
。基于科学碳减排目标确定合理的评估指标,帮助企业和国家确定当前温室气体排放水平,力争符合净零排放的要求。Endress+Hauser于2023年正式参与科学碳目标倡议(SBTi)项目。
投资创新的清洁技术和能源效率
为了达成在2050年之前实现净零排放等雄伟目标,企业必须立即开展脱碳行动,在技术可行的前提下提速实施,产出有意义的成果。政府和私营企业正加大对绿色氢能、太阳能、风能、水能、潮汐能、核能等清洁能源技术的投资,助力实现目标。
目前,部分技术尚无法保证可靠性,需要临时替换措施。这些碳中性技术都不会产生有害气体排放。不仅如此,各行业都必须竭力减少生产浪费和过程中断,比如发生泄漏事故,它们会产生不必要的排放。
氢气脱碳过程中现有技术和新兴技术的应用
绿色氢能最具可持续性,在使用和生产过程中均无温室气体排放。易于储存,应用广泛,可以与合成气和电能等其他产品结合使用。
氢能环保,但也有缺点。首先,同其他绿色能源相比,氢能的生产和使用成本较高。其次,其能源转化效率较低,运输成本较高。
氢能的应用前景广阔,陆运和海运企业都在加大研发投入。电厂也在探索增加氢能使用占比,甚至用氢气完全取代天然气的做法。氢气还可以在现有管网中与天然气混合,减少碳排放。
余热回收和部门协作
高效脱碳离不开系列可再生能源发电技术。除了传统的热电联产技术(CHP)、热电厂技术和区域供热技术,还需要加热、冷却和余热回收技术。对比发电,供暖和制冷的脱碳进程落后10%。
在欧洲、北美、印度和中国等人口稠密地区,供暖过程去碳化尤其重要。因为上述地区的供热能耗高达总能耗的四分之一至一半,而世界上其他地区的碳排放比例也很高。
供暖和制冷部门必须加大可再生能源的使用占比,从而减少温室气体排放。部门协作 —— 整合电力、供暖和运输,在统一的系统内集中管理,相互依存,优化能源效率 —— 也有助于目标实现。
直接和间接电气化可以提高关联部门的能源利用灵活度,在储能系统中减少使用和再利用电能。
制定工业脱碳计划,力争净零排放
减少整个行业的碳排放不是空喊口号,需要包含公共和私人利益相关者在内的多方市场投入。
碳减排需要企业的资金投入,颁布法规和激励措施必不可少。有些变革可以自筹资金,比如在生产同类产品的过程中,改变工艺流程,减少能源和原材料的使用量。然而,许多碳减排工作并不具备经济可行性,即使从长远来看也是如此。这就需要外部信贷给与支持,激发动力。
过去二十年,围绕这一话题的政治和社会压力持续增大,效果已经初步显现。按照当前缓慢零散的进展,根本无法在2050年前实现净零排放目标。因此,我们需要全球激励措施,在更大范围内发展循环经济。
此外,每个工业领域都必须能够获取低碳能源 —— 包括绿色氢能、水能、太阳能、风能、潮汐能(开发中)和核能 —— 在不增加温室气体排放的前提下保证能源供给。除了上述环保能源供给,碳捕集和封存技术也有助于各类组织的碳减排工作。
每家工厂、每个部门都必须减少浪费,提升产品质量,提高运营绩效。通过循环回收再利用实现资源节约,杜绝浪费。
最后,运用工业4.0/5.0数字化技术,基于仪表输出进行数据分析,将先进的过程控制理念运用于生产全过程和整个价值链中。 上述举措有助于提高生产力,改进生产控制,减少生产浪费。
深度分析
全球工业脱碳是集体行动,即使是最大规模的企业和政府也无法凭借一己之力实现。相反,需要不同工业领域、政治机构、国家和合作方协同努力。
实现全球工业、公用工程和运输领域的脱碳目标任务艰巨,需要世界范围内公共和私人利益相关者联合行动。任务可行,但要在2050年之前实现净零排放目标仍需共同努力。