La maggior parte delle discussioni sulle emissioni industriali presume che il problema sia l'energia. Per i settori più difficili non lo è.
Le emissioni di processo sono chimica, non combustibile
La distinzione che riorganizza tutto in questa direzione.
La produzione di cemento riscalda il calcare per ottenere clinker. La reazione chimica, la calcinazione, rilascia CO2 dalla roccia stessa. Quel rilascio non è conseguenza di come viene riscaldato il forno. È la reazione. Una quota sostanziale delle emissioni del cemento viene da questa via, e persiste anche se il forno gira con energia interamente pulita.
La siderurgia primaria riduce il minerale di ferro usando carbonio, in genere coke in un altoforno. Il carbonio strappa ossigeno al minerale e se ne va come CO2. Anche qui è la chimica che fa ciò per cui è lì.
Ammoniaca, calce e diversi altri processi chimici hanno la stessa struttura.
Non puoi decarbonizzare una reazione cambiandone l'alimentazione elettrica.
Le opzioni sono davvero limitate e ciascuna è sostanziale. Cambiare la chimica, come fa la riduzione diretta a idrogeno per l'acciaio. Cambiare il materiale, come tentano formulazioni alternative del cemento e materiali cementizi supplementari. Catturare la CO2 e stoccarla in modo permanente. Oppure usare meno materiale attraverso design, riuso ed efficienza, sottovalutato e spesso la tonnellata più economica disponibile.
Ognuna di queste è un programma tecnico diverso che richiede persone diverse, e trattare la decarbonizzazione industriale come un'unica materia è il modo in cui le organizzazioni finiscono per formarsi sulla cosa sbagliata.
Cosa copre la direzione
L'ambito: cattura e stoccaggio del carbonio, utilizzo del carbonio, cattura diretta dall'aria, emissioni di processo industriale e settori difficili da abbattere.
Quattro aree.
Emissioni di processo. Da dove vengono, settore per settore, e quali strade esistono per ridurle.
Calore di processo. Elettrificazione, idrogeno, biomassa e le soglie di temperatura che decidono tra loro.
Cattura, trasporto e stoccaggio. Tecnologie, costi, infrastruttura e monitoraggio.
Sistemi ed economia. Carbon pricing, aggiustamento alle frontiere, mercati guida e cosa rende davvero sostenibile un progetto.
Il calore è l'altra metà difficile
L'industria ha bisogno di calore a temperature molto diverse, e la difficoltà cresce nettamente con il numero.
Calore a bassa temperatura, sotto circa 150 gradi, copre gran parte dell'uso in alimentare, bevande, tessile e manifattura leggera. Le pompe di calore industriali affrontano gran parte di questo caso oggi, e spesso il caso economico regge senza sussidi.
Calore a media temperatura, fino a qualche centinaio di gradi, può essere fornito con resistenza elettrica, sistemi a vapore e pompe di calore ad alta temperatura, con costi che dipendono molto dal rapporto tra prezzo dell'elettricità e del gas.
Calore ad alta temperatura, sopra circa mille gradi per cemento, vetro, ceramica e metalli, è dove diventa difficile. Le opzioni elettriche esistono e non sono mature alla scala e al carico che questi processi richiedono, i forni sono asset capitali enormi con vite lunghe, e il processo stesso è spesso sensibile a come viene fornito il calore, non solo a quanto.
È qui che l'idrogeno ha il caso più difendibile, e dove biomassa e solare termico concentrato compaiono in contesti specifici.
Il punto pratico per il personale è che elettrificare il calore è di solito un progetto ingegneristico dentro un impianto esistente, che coinvolge integrazione termica, riprogettazione dei processi e infrastruttura elettrica, e le persone capaci di farlo sono ingegneri di processo con comprensione elettrica. Quella combinazione è scarsa.
Dove si colloca nel dominio
Gestione del carbonio e decarbonizzazione industriale è l'ottava delle nove direzioni del dominio Energia, clima e nucleare di Astra Trainer. Dipende da scienza e tecnologia del clima per una misurazione credibile, da idrogeno e tecnologia delle celle a combustibile per le vie ad alta temperatura e riduzione chimica, e da sistemi energetici e reti elettriche per l'elettricità che ogni via di elettrificazione richiede.
Si collega anche verso l'esterno a manifattura avanzata, dove viene implementato il cambiamento di processo, e a materiali avanzati, dove risiedono cementi alternativi e sostituzione di materiali a basse emissioni. Qui trovi le nove direzioni.
La cattura del carbonio, alla sua posizione reale
Una tecnologia che attira posizioni forti in entrambe le direzioni, e il quadro accurato è meno soddisfacente di entrambe.
Funziona. Catturare CO2 da un flusso industriale concentrato è ingegneria chimica consolidata, e lo stoccaggio geologico attinge a decenni di pratica sul sottosuolo.
È costosa, e il costo varia enormemente con la concentrazione della fonte. Catturare da un flusso ad alta purezza, come la produzione di ammoniaca, è molto più economico che catturare da fumi diluiti, il che a sua volta è molto più economico che catturare dall'aria ambiente.
Il track record realizzato è molto più corto di quello annunciato. Un numero significativo di progetti è stato cancellato, e diversi impianti operativi hanno riportato tassi di cattura sotto le cifre di progetto. È un fatto sulla storia di delivery del settore e appartiene a qualsiasi valutazione onesta.
La cattura diretta dall'aria è a uno stadio molto precoce. La fisica non perdona: la CO2 è una componente in tracce dell'aria, quindi l'energia richiesta per tonnellata è alta e i costi sono oggi molto sopra la cattura da fonte puntuale. Può avere un ruolo per emissioni genuinamente inevitabili. Non è una soluzione industriale a breve termine.
Usare la CO2 catturata non è lo stesso che stoccarla. La maggior parte delle vie di utilizzo la rilascia di nuovo, a volte in fretta. Solo la mineralizzazione durevole e lo stoccaggio geologico permanente la tengono fuori dall'atmosfera, e confondere le due cose è una delle rappresentazioni distorte più comuni in questo campo.
L'infrastruttura è il vincolo pratico. La cattura senza trasporto e stoccaggio resta bloccata. Condotte e siti di stoccaggio richiedono permessi, monitoraggio e accordi di responsabilità a lungo termine che nella maggior parte dei luoghi non esistono ancora su scala.
Una posizione ragionevole è che la cattura è probabilmente necessaria per le emissioni di processo dove non esiste un cambio di chimica, non è un sostituto della riduzione dove esistono alternative, e andrebbe valutata progetto per progetto piuttosto che approvata o respinta come categoria.
Perché il ciclo di sostituzione decide la tempistica
Il vincolo che riceve meno attenzione e spiega gran parte del ritmo.
Un forno da cemento, un altoforno o uno steam cracker sono asset capitali con una vita misurata in decenni. Vengono ricostruiti o sostanzialmente rivestiti a intervalli, e quei momenti sono quando un cambio tecnologico fondamentale diventa sostenibile economicamente. Tra un intervento e l'altro, il caso economico per abbandonare un asset funzionante è molto difficile.
Tre implicazioni.
I tempi contano più della disponibilità. Un impianto che affronta una decisione di ricostruzione nei prossimi anni è dove un cambio tecnologico può davvero succedere. Un impianto appena rivestito resta bloccato per un lungo periodo, qualunque sia il contesto di policy.
Le decisioni sono di fatto irreversibili per una generazione. Scegliere una ricostruzione convenzionale impegna le emissioni per tutta la vita dell'asset, per questo queste decisioni attirano attenzione regolatoria e degli investitori.
La pianificazione del personale segue il calendario degli asset. Le competenze necessarie sono note anni in anticipo, perché il calendario di ricostruzione è noto. È una delle poche aree in questo dominio dove la domanda di personale si può prevedere con reale sicurezza, e raramente viene usata così.
I ruoli, uno per uno
Ingegneri di processo per progetti di decarbonizzazione industriale.
Ingegneri di cattura del carbonio. Cattura, compressione e condizionamento.
Specialisti di stoccaggio del carbonio e sottosuolo, con forte sovrapposizione al lavoro sul sottosuolo dell'oil & gas.
Ingegneri di calore industriale ed efficienza energetica.
Ingegneri di elettrificazione, la scarsa combinazione tra processo ed elettrico.
Specialisti dei materiali per cementi alternativi e materiali a basse emissioni.
Specialisti di misurazione, reporting e verifica per i volumi catturati e stoccati.
Sviluppatori di progetto per la decarbonizzazione industriale, che gestiscono insieme questioni tecniche, di policy e di finanziamento.
Analisti di carbon pricing e policy.
Chi può essere formato per farlo
Ingegneri di processo e chimici dell'industria pesante. La popolazione centrale. Conoscono l'impianto, e hanno bisogno del ventaglio di opzioni di decarbonizzazione e della loro economia.
Operatori e tecnici di impianto in cemento, acciaio, vetro e chimica, che capiscono dove vanno davvero energia e materiale.
Personale del sottosuolo dell'oil & gas. Verso lo stoccaggio del carbonio, vicino alla pratica esistente.
Energy manager. Verso integrazione termica ed elettrificazione, avendo già il quadro dei consumi.
Ingegneri elettrici. Verso l'elettrificazione industriale, con bisogno del lato di processo.
Personale ambientale e di compliance. Verso misurazione e verifica dei volumi catturati.
Personale di project finance e commerciale. Verso lo sviluppo di progetto, dove il vincolo vincolante è di solito il business case più che l'ingegneria.
Pericoli industriali e di gestione della CO2. Gli impianti industriali pesanti comportano processi ad alta temperatura, materiale fuso, spazi confinati e rischi di incidente rilevante governati da regimi statutari. La CO2 ad alta concentrazione è asfissiante e viene gestita ad alta pressione o in fase supercritica, con pericoli specifici in trasporto e iniezione. I siti di stoccaggio comportano requisiti di permesso, monitoraggio e responsabilità a lungo termine stabiliti per legge e diversi per giurisdizione. Astra Trainer costruisce comprensione tecnica. Non fornisce formazione sui rischi, autorizzazione o alcun permesso di progettare, gestire o lavorare su questi sistemi.
Cosa portare a casa
Le emissioni industriali più difficili vengono dalla chimica più che dal combustibile, quindi l'elettricità pulita non le raggiunge.
Le vie sono cambiare la chimica, cambiare il materiale, catturare il carbonio o usarne meno, e ciascuna è un programma diverso che richiede persone diverse.
Il calore di processo ad alta temperatura è l'altra metà difficile, ed elettrificarlo è un progetto di ingegneria di processo dentro un impianto attivo.
La cattura del carbonio funziona, costa molto, ha reso meno degli annunci, e non è intercambiabile con l'utilizzo del carbonio.
E il calendario di ricostruzione è la tempistica reale. La domanda di personale in questa direzione si può prevedere anni in anticipo dal calendario degli asset, cosa che quasi nessuno fa.
Perché cemento e acciaio non possono semplicemente usare elettricità pulita?
Perché gran parte delle loro emissioni viene dalla chimica, non dall'energia. La calcinazione rilascia CO2 dal calcare, e la siderurgia primaria usa carbonio per strappare ossigeno al minerale di ferro. Cambiare l'alimentazione elettrica non tocca nessuna delle due.
Quali sono le opzioni reali per le emissioni di processo?
Cambiare la chimica, come la riduzione diretta del ferro a idrogeno; cambiare il materiale, come formulazioni alternative del cemento; catturare e stoccare permanentemente la CO2; oppure usare meno materiale attraverso design e riuso.
Perché il calore ad alta temperatura è difficile da elettrificare?
Perché le opzioni elettriche alla scala e al carico di forni da cemento, forni per vetro e lavorazione dei metalli non sono mature, i forni sono asset capitali a lunga vita, e molti processi sono sensibili a come viene fornito il calore, non solo a quanto.
La cattura del carbonio funziona?
Sì, ed è costosa e ha reso meno degli annunci, con diversi impianti operativi che riportano tassi di cattura sotto il progetto. È più difendibile per emissioni di processo senza alternativa chimica, e andrebbe valutata progetto per progetto.
Perché conta il ciclo di sostituzione degli impianti?
Perché i grandi asset industriali si ricostruiscono su cicli di più decenni, e quei momenti di ricostruzione sono quando un cambio tecnologico fondamentale diventa sostenibile. Il calendario è noto anni prima, il che rende la domanda di personale insolitamente prevedibile.