تکنولوژی صنعتی

اکنون باید برای کربن زدایی منابع انرژی حرارتی صنعتی اقدام کنیم.

همه ما به طور کامل از نیاز حیاتی برای انتقال به منابع انرژی کم کربن در بخش برق آگاه هستیم. در سی سال گذشته، سه انرژی خورشیدی، بادی و ذخیره‌سازی بر گفتمان عمومی در مورد انتقال انرژی تسلط داشته و ستون‌های بی‌پایان اینچ را پر کرده است، اما مهم‌تر از همه، ما شاهد پیشرفت بزرگی در بسیاری از بازارها بوده‌ایم.

با وجود تمام پیشرفت‌هایی که برای معرفی منابع انرژی تجدیدپذیر در مقیاس انجام داده‌ایم، بخش دیگری را که برای دستیابی به انتقال انرژی کم کربن تا اواسط قرن حیاتی است، نادیده گرفته‌ایم: گرمای صنعتی.

گرمای صنعتی جهانی 29 درصد از مصرف نهایی انرژی را تشکیل می دهد و برای اکثر فرآیندهای صنعتی ضروری است. این انرژی ورودی است که باعث واکنش های شیمیایی برای تولید دارو و محصولات پاک کننده می شود. برای تبدیل سنگ معدن فلزی به فولاد و در نهایت کالاهای مصرفی مانند اتومبیل مورد نیاز است. برای پاستوریزه کردن شیر، دم کردن آبجو و کاغذ خشک استفاده می شود.

گرما نه تنها بخش قابل توجهی از تقاضای جهانی انرژی را تشکیل می دهد، بلکه ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی بر عرضه سوخت آن نیز غالب شده است. در حالی که سیاست گذاران و شرکت ها به درستی بر سبز کردن عرضه انرژی به شبکه های برق جهانی تمرکز کردند، سبز کردن تامین انرژی برای گرمای صنعتی نادیده گرفته شد.

اکنون انگیزه واقعی برای پیاده سازی راه حل های حرارتی تجدیدپذیر در مقیاس صنعتی وجود دارد. آخرین گزارش ترکیبی مشارکت های تعیین شده ملی (NDC) UNFCCC حاکی از افزایش قابل توجه 16 درصدی انتشار جهانی گلخانه در سال 2030 در مقایسه با سطوح سال 2010 است. اگر شروع به تمرکز بر گرمای با دمای پایین تا متوسط کنیم، که در آن محلول‌های مختلفی از قبل به صورت تجاری در دسترس هستند، بر خلاف گرمای با دمای بالا، که در آن کربن‌زدایی اغلب به جذب هیدروژن و کربن متکی است، می‌توانیم یک فرورفتگی واقعی در این رقم ایجاد کنیم. که اجرای آنها برای صنعت هزینه بر است.

درک پویایی بازار برای گرمای صنعتی

با وجود این انگیزه، موانع قابل توجهی وجود دارد که از انتقال به منابع انرژی کم کربن جلوگیری می کند. اینها عمدتاً اقتصادی هستند و سوخت های فسیلی در بیشتر بازارها به شدت رقابتی هستند، به ویژه در غیاب قیمت معنی دار کربن.

سرمایه گذاری قابل توجهی برای حمایت از استقرار منابع سوخت کم کربن در تمام فرآیندهای صنعتی مورد نیاز است. آژانس بین‌المللی انرژی‌های تجدیدپذیر (IRENA) برآورد می‌کند که برای رسیدن به این هدف تا سال 2050 برای تحقق سناریوی 1.5 درجه سانتی‌گراد، تقریباً 3.7 تریلیون دلار (3.2 تریلیون یورو) سرمایه‌گذاری لازم است. گزینه‌های گرمای تجدیدپذیر اغلب با هزینه‌های اولیه بالاتر و دوره‌های بازپرداخت طولانی‌تر همراه می‌شوند - این امر برای کاربران نهایی صنعتی که به دنبال تغییر به منابع تجدیدپذیر هستند، مشکلی ندارند.

علاوه بر این، بازار همچنان مبهم است. کشورهای G-20 مسئول تقریباً 80 درصد مصرف سوخت در صنعت هستند، اما وضوح کافی در مورد شرایط خاص بازار برای تعیین اینکه گزینه‌های گرمای تجدیدپذیر واقعاً برای کاربران نهایی صنعتی قابل دوام هستند، وجود ندارد. WBCSD و Bloomberg NEF سعی کرده‌اند با تهیه گزارشی که جذاب‌ترین بازارها در G-20 را برای کربن زدایی گرمای صنعتی، به‌ویژه گرمای صنعتی با دمای پایین تا متوسط نشان می‌دهد، این موضوع را روشن کنند.

چین، فرانسه، آلمان، ایتالیا، کره جنوبی و بریتانیا پیشرو هستند. این بازارها بهترین شرایط، سیاست ها و منابع موجود را برای حمایت از کربن زدایی ارائه می دهند. متأسفانه، ایالات متحده و هند که به ترتیب دومین و سومین بخش بزرگ تقاضا برای گرمای کم تا متوسط را نشان می دهند، بازارهای کمتر مطلوبی در نظر گرفته شدند، تا حدی به این دلیل که هیچ کدام از این بازارها سیاست های زیادی در مقیاس ملی ندارند که جذب گرمای تجدیدپذیر را هدایت می کند. در همین حال، کربن زدایی گرما در کشورهایی مانند روسیه، عربستان سعودی و آفریقای جنوبی به ویژه چالش برانگیز است.

راه حل های تکنولوژیکی برای کربن زدایی گرما

با درک بیشتر از پویایی بازار، کاربران نهایی صنعتی می توانند تصمیمات آگاهانه تری در مورد راه حل هایی که می توانند برای کربن زدایی گرمای کم تا متوسط اجرا کنند، اتخاذ کنند.

در حالی که هیچ گلوله نقره ای وجود ندارد، طیف وسیعی از فناوری ها وجود دارد که بسیاری از آنها امروزه به صورت تجاری در دسترس هستند. اینها شامل پمپ های حرارتی در مقیاس صنعتی، حرارت خورشیدی، زمین گرمایی، اشکال مختلف انرژی زیستی و فناوری های برق رسانی مستقیم است.

برق رسانی پتانسیل قابل توجهی در مقیاس دارد و بخش بزرگی از راه حل است، و انتشار گازهای گلخانه ای مربوطه با ادامه کربن زدایی شبکه بهبود خواهد یافت. پمپ های حرارتی در مقیاس صنعتی به دلیل بازده عملیاتی بسیار بالاتر یکی از موثرترین راه حل ها هستند. استقرار متکی به دسترسی به جریان گرمای اتلاف و/یا نوآوری در رابطه با دمایی است که پمپ های حرارتی می توانند ارائه دهند.

بیوانرژی یکی از بزرگترین منابع گرمای تجدیدپذیر است که امروزه در صنعت مصرف می شود و 13 درصد از گرمای دمای پایین تا متوسط را در G-20 در سال 2018 تشکیل می دهد. استفاده از آن در حال حاضر در بخش خمیر کاغذ و کاغذ متمرکز است، اما مواد غذایی بخش های نوشیدنی و تنباکو فرصت هایی را برای استفاده بیشتر از ضایعات محصولات کشاورزی ایجاد می کند.

زمین گرمایی به سیستم هایی گفته می شود که گرما را از زیر سطح زمین استخراج می کنند. این سیستم‌ها معمولاً در کشورهایی با مقادیر قابل توجهی از منابع زمین گرمایی طبیعی متمرکز شده‌اند و عمدتاً در صنایع انرژی بر استفاده می‌شوند.

در نهایت، حرارت خورشیدی به سیستم هایی اطلاق می شود که از انرژی گرفته شده از خورشید استفاده می کنند. این در حال حاضر یک بازار خاص با استقرار محدود است که تاکنون در بخش های غذا و نوشیدنی، نساجی و معدن متمرکز شده است.

دوام تجاری گرمای تجدیدپذیر را می توان در کوتاه مدت به دست آورد

هر چهار راه حل فناورانه یک چیز مشترک دارند - پذیرش گسترده نیاز به یک مورد تجاری رقابتی تر دارد. به این ترتیب، سیگنال های سیاست حمایتی بیشتر بسیار مهم است.

کشورهای گروه 20 که به دنبال افزایش استقرار راه حل های گرمای تجدیدپذیر در داخل مرزهای خود هستند، ابتدا باید بر تعیین سیاست های حمایتی تمرکز کنند. تعیین قیمت کربن به کاربران نهایی صنعتی کمک می کند تا تشخیص دهند که احتراق سوخت فسیلی احتمالاً در کجا رقابتی کمتری دارد. در همین حال، معرفی مشوق‌ها می‌تواند به افزایش استقرار فناوری‌های نوآورانه و در مراحل اولیه، مانند پمپ‌های حرارتی در مقیاس صنعتی که می‌توانند به دمای بالاتری دست یابند، کمک کند.

استقرار تسریع تولید برق تجدیدپذیر به همان اندازه کلیدی است. برای برق‌رسانی به گرمای صنعتی، علاوه بر برق‌رسانی حمل‌ونقل و محیط ساخته شده، شبکه‌های برق باید بسیار بزرگ‌تر و کاملاً دیجیتالی شوند تا ظرفیت تولید پراکنده و متناوب را با الگوهای تقاضای جدید مطابقت دهند.

در عمل

شرکت جهانی دارو، Novartis در حال حاضر 100٪ برق تجدیدپذیر در ایالات متحده را از طریق یک قرارداد خرید برق مجازی به دست آورده است و در مسیر دستیابی به همان میزان برای عملیات اروپایی تا سال 2023 از طریق توافق نامه های مشابه است. بازارهای بیشتر و بیشتری گزینه های مناسبی را برای پذیرش برق تجدیدپذیر برای Novartis و برای شرکای زنجیره تامین ارائه می دهند. در حالی که می توان پیشرفت سریعی را برای برق به دست آورد، گزینه های تجاری قابل دوام برای کربن زدایی انرژی حرارتی در دسترس نیست. خیلی ساده، این فناوری نه از نظر حجم و نه از نظر قیمت، مقیاس‌پذیر نبوده است و احتمالاً برای چندین سال این کار را انجام نخواهد داد.

Novartis قبلاً Heat as a Service (HaaS) را بررسی کرده است که بیشتر شبیه قراردادهای خرید برق برای برق تجدیدپذیر است. زمان و تلاش برای توسعه راه حل ها در بازارهای عمده ای که امروزه بیشتر مصرف شرکت وجود دارد، مورد نیاز است. این راه‌حل‌ها به گزینه‌های تأمین مالی منحصربه‌فردی نیاز دارند که بار هزینه سرمایه را کاهش می‌دهند و می‌توانند تأکید بیشتری بر رویکردهای گرمایش منطقه‌ای برای برخی از کاربردها داشته باشند. کاری که WBCSD و Novartis با هم انجام می دهند، سیگنال تقاضا را به بازار ارائه می دهد که باید به نوآوری و راه حل های فنی کمک کند.

ظرف چند دهه آینده، پتانسیل واقعی برای کربن زدایی گرمای صنعتی، به ویژه در دماهای پایین و در بازارهایی با شرایط و سیاست های مطلوب وجود دارد. برای افزایش مقیاس گرمای تجدیدپذیر، کسب‌وکارها باید با زنجیره‌های ارزش خود همکاری کنند و تقاضا و اقدام جمعی را برای بهبود شرایط بازار و سیاست‌ها هدایت کنند. رهبری برخی از پایدارترین شرکت های جهان مانند Novartis نشان می دهد که می توان آن را انجام داد. اگر می‌خواهیم افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای جهانی را محدود کنیم و به توافق پاریس عمل کنیم، اکنون باید برای کربن‌زدایی گرمای صنعتی اقدام کنیم.