Hiilidioksidipäästöjen vähentäminen: Strategiasi nettonollapäästöihin prosessiteollisuudessa
Päästöjen vähentäminen ei ole enää valinta – se on prosessiteollisuuden tulevaisuuden strategia. Vaikka alat kuten kemianteollisuus, teräs ja öljy & kaasu kulkevat haastavaa tietä kohti nettonollaa, jokaisella toimijalla on merkittävä mahdollisuus pienentää omaa hiilijalanjälkeään.
Lyhyesti
- Kaksoishaaste: Keskeisten prosessiteollisuuksien (esim. kemian-, teräs-, sementti- ja energiasektori) on vastattava sekä toimintojensa korkeaan energiankulutukseen että prosesseihin luontaisesti liittyviin päästöihin.
- Neljä kulmakiveä: Nettonollan saavuttaminen edellyttää selkeää strategiaa, joka rakentuu neljän pilarin varaan: prosessien optimointi, puhtaat polttoaineet, uusiutuva energia ja kiertotalous.
- Kohdennettu päästövähennys: Menestys alkaa hukan ja suorien päästöjen minimoinnista hyödyntämällä teknologioita, kuten CCUS-ratkaisuja (Carbon Capture, Utilization and Storage).
- Siirtymä puhtaaseen energiaan: Välttämätön muutos tarkoittaa esimerkiksi vihreän vedyn kaltaisten polttoaineiden käyttöönottoa sekä uusiutuvien energialähteiden integrointia sähköistämisen avulla.
- Vaiheittainen strategia: Toteutuksen tulee edetä vaiheittain, jotta riskejä voidaan hallita, oppiminen varmistaa jatkuvasti ja vauhtia kohti hiilineutraaliutta kasvattaa.
- Yhteinen tekeminen: Siirtymän nopeuttaminen edellyttää tiivistä yhteistyötä koko arvoketjussa sekä mittaus-, automaatio- ja teknologiatoimittajien osaamisen hyödyntämistä.
Mitä päästöjen vähentäminen on?
Päästöjen vähentäminen on prosessi, jossa vähennetään hiilidioksidipäästöjen ympäristövaikutuksia ilmakehässä. Kyse on päästöjen vähentämisestä, hiilen talteenotosta, prosessitehokkuuden optimoinnista sekä siirtymisestä vaihtoehtoisiin polttoainelähteisiin. Enemmän kuin pelkkä trendi, päästöjen vähentäminen on kriittinen vastaus ilmastonmuutokseen, jota kasvihuonekaasupäästöt kiihdyttävät. Siksi, vaikka jotkin toimialat ovat luonteeltaan hiili-intensiivisempiä kuin toiset, jokaisella prosessiteollisuuden alalla on potentiaalia merkittäviin päästövähennyksiin. Teollisuuden päästöjen vähentämisestä onkin tullut kaikkia liiketoimintasektoreita koskeva kysymys.
Saastumiseen liittyvät kysymykset ovat niin kiireellisiä, että niistä on tullut keskeinen globaali haaste, joka edellyttää välittömiä ja määrätietoisia toimia ilmastonmuutokseen liittyvien ympäristötavoitteiden saavuttamiseksi. Näihin kuuluvat muun muassa nettonollapäästötavoitteet, joista on sovittu kansainvälisesti esimerkiksi Pariisin ilmastosopimuksessa. Oletko valmis tarttumaan nettonollahaasteeseen ja tehostamaan yrityksesi hiilijalanjäljen pienentämistä? Tämä artikkeli selkeyttää kokonaisuutta ja esittelee käytännönläheisiä päästöjen vähentämismenetelmiä sekä teknologian keskeisen roolin prosessiteollisuudessa.
Miten kaikkein hiili-intensiivisimmät prosessit vaikuttavat teollisuuden päästöjen vähentämistavoitteisiin?
Useat teollisuudenalat kohtaavat yksilöllisiä haasteita pyrkiessään vähentämään hiilidioksidipäästöjä, koska niiden ydinprosessit ovat hiili-intensiivisiä. Näitä ovat:
- Kemikaalit ja öljynjalostus: Jalostusprosessi, erityisesti vedyn tuotanto maakaasun höyrymetaanireformoinnilla (SMR), on merkittävä hiilidioksidipäästöjen lähde. Vety on ratkaisevan tärkeä eri prosesseissa, mukaan lukien vetykäsittelyssä, joka poistaa rikkiä ja muita epäpuhtauksia jalostetuista tuotteista. Tätä samaa prosessia käytetään myös lannoitteiden valmistuksessa käytettävän ammoniakin valmistuksessa ja muissa tärkeissä valmistusprosesseissa.
- Betonin valmistusaineiden ja kalkin valmistus: Betonin rakennusaineiden ja kalkin tuotantoon liittyy kalsinointi, korkean lämpötilan prosessi, joka vapauttaa hiilidioksidia sivutuotteena. Fossiilisten polttoaineiden, kuten hiilen ja öljykoksin, yleinen käyttö näissä prosesseissa suurentaa niiden hiilijalanjälkeä.
- Raudan ja teräksen valmistus: Rautamalmin muuttaminen raudaksi ja teräkseksi, jossa käytetään suurelta osin masuuneita ja emäksisiä happiuuneja, vapauttaa merkittäviä määriä hiilidioksidia. Tätä pahentaa edelleen myöhempien prosessien, kuten jatkuva valu, kuumavalssaus ja muut muovaustoimenpiteet, energiaintensiivinen luonne.
- Ruoka ja juoma: Maataloudesta ja ainesosien hankinnasta jalostukseen, pakkaamiseen ja jakeluun asti elintarvikeala on eri vaiheissa vahvasti riippuvainen fossiilisista polttoaineista, mikä lisää sen kokonaishiilijalanjälkeä.
Vaikka nämä teollisuudenalat ovat nyky-yhteiskunnan kannalta olennaisen tärkeitä, ne muodostavat merkittävän osan maailmanlaajuisista kasvihuonekaasupäästöistä. Pelkästään Yhdysvalloissa niiden osuus teollisuuden hiilidioksidipäästöistä on yli 75 prosenttia.
Näkökulmia
Kemia-, öljy-, kalkki-, rauta- ja terästeollisuus, betonin valmistusaineiden tuotanto sekä elintarviketeollisuus aiheuttavat yli 75 % teollisuuden hiilidioksidipäästöistä.
Lähde: ourworldindata.org
Näiden päästöjen torjuminen ei ole pelkästään ympäristön kannalta välttämätöntä, vaan myös ratkaisevan tärkeää ympäristöön, yhteiskuntaan ja hallintoon (ESG) liittyvien yritysten sitoumusten täyttämiseksi ja pitkän aikavälin taloudellisen kestävyyden varmistamiseksi.
Energiaintensiteetin ja prosessipäästöjen haasteiden ratkaiseminen
Monimutkaisuutta lisää, että monet näistä hiili-intensiivisistä prosesseista ovat myös erittäin energiaintensiivisiä. Tämä tekee haasteesta kaksinkertaisen: itse prosessipäästöjä on vähennettävä, samoin kuin niiden energialähteiden hiilidioksidipäästöjä.
Jalostamot esimerkiksi tarvitsevat valtavia määriä energiaa prosesseihin, kuten vetykrakkaus, ilmatislaus ja katalyyttinen krakkaus. Näiden energiatarpeiden riippuvuus fossiilisista polttoaineista vahvistaa entisestään prosessien kokonaisympäristövaikutuksia.
Nykyaikaiset jalostamot tarjoavat monia mahdollisuuksia hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen.
Betonin rakennusaineiden ja kalkin tuotanto on vahvasti riippuvainen kalsinointiprosessin kiertouuneista. Niissä kalkkikiveä ja muita mineraaleja kuumennetaan korkeisiin lämpötiloihin. Tästä vapautuu merkittäviä määriä hiilidioksidia ja laitoksen ikä vaikuttaa merkittävästi tehokkuuteen. Vanhemmista laitoksista puuttuu usein kehittyneitä esilämmitysjärjestelmiä, mikä johtaa alhaisempaan lämmön talteenottoon ja yleisesti alentuneeseen energia- ja prosessitehokkuuteen.
Energiatehokkuuden lisäämiseksi raaka-aineet voidaan esilämmittää ennen uuniin menemistä.
Raudan, teräksen ja muiden metallien tuotantoprosessit vaativat samoin myös suuria määriä energiaa lämmitykseen, sulatukseen ja muotoiluun, jotka usein ovat vahvasti riippuvaisia fossiilisista polttoaineista, kuten maakaasusta ja hiilestä. Jotta näihin toisiinsa sekoittuviin haasteisiin voidaan vastata tehokkaasti, prosessiteollisuuden on omaksuttava kattava hiilidioksidipäästöjen vähentämisstrategia, joka perustuu neljään kulmakiveen, joista jokainen korostaa painopisteitä nettonollan saavuttamiseksi.
Hiilipäästöjen minimointi prosessien optimoinnin avulla
Strategia
-
Päästöjen vähentäminen
Ensimmäinen kulmakivi korostaa suoran hiilidioksidiprosessin sivutuotteiden minimoimista tai eliminoimista. Tämä vaatii usein toiminnallista paradigman muutosta innovatiivisten tekniikoiden mukaan. Prosessin optimointi sisältää tyypillisesti olemassa olevien toimintojen hienosäädön energiankulutuksen ja jätteen syntymisen minimoimiseksi. Tämä voidaan saavuttaa edistyneillä prosessinohjausjärjestelmillä, data-analytiikan avulla ja ottamalla käyttöön parhaat käytännöt resurssien hyödyntämiseen. Toteutukseen tarvittavat tiedot saadaan mittalaitteiden avulla, jotka joissakin tapauksissa ovat jo olemassa ja joissain tapauksissa niitä lisätään. On myös tärkeää tutkia ja ottaa käyttöön vaihtoehtoisia teknologioita, jotka ovat luonnostaan vähemmän hiili-intensiivisiä. Tähän voi sisältyä siirtyminen uusiutuviin sähköistettyihin energialähteisiin mahdollisuuksien mukaan, tehokkaampien laitteiden hyödyntäminen ja hiilen talteenotto- ja varastointitekniikoiden (CCUS) käyttöönotto väistämättömien päästöjen vähentämisen varmistamiseksi. Esimerkiksi CCUS:n ensisijaisena tavoitteena on estää hiilidioksidin vapautuminen ilmakehään keräämällä ja varastoimalla prosessin poistokaasuja. Joissakin tapauksissa prosessin perusteellinen uudelleensuunnittelu saattaa olla tarpeen päästöjen vähentämiseksi merkittävästi. Tämä voi tarkoittaa siirtymistä kokonaan uusiin tuotantomenetelmiin, erilaisten raaka-aineiden hyödyntämistä tai vaihtoehtoisten kemikaalien etsimistä, jotka minimoivat tai eliminoivat hiilidioksidin muodostumisen.
-
Puhtaiden polttoaineiden käyttöönotto
Toinen kulmakivi keskittyy siirtymiseen pois fossiilisista polttoaineista ja puhtaampien vaihtoehtojen, kuten vedyn, omaksumiseen energiantuotannossa prosessiteollisuuden hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi. Vihreää vetyä tuotetaan elektrolyysillä käyttämällä uusiutuvia energialähteitä, mikä on täysin hiiletön polttoainelähde. Sillä on valtava potentiaali erilaisiin sovelluksiin prosessiteollisuudessa, mukaan lukien maakaasun korvaaminen korkean lämpötilan prosesseissa ja raaka-aineena vähähiilisten kemikaalien ja polttoaineiden valmistuksessa. Biopolttoaineet ovat peräisin uusiutuvista lähteistä, kuten maatalousjätteistä, puutähteistä ja muusta orgaanisesta aineesta, mikä tarjoaa kestävämmän vaihtoehdon fossiilisille polttoaineille. Vaikka niiden palaminen vapauttaa hiilidioksidia, näitä prosesseja pidetään hiilineutraaleina, koska niissä hiili imeytyy alun perin ilmakehästä raaka-aineen kasvun aikana.
-
Hiilidioksidin vähentäminen energiankulutuksessa
Kolmas kulmakivi korostaa siirtymistä puhtaampiin energialähteisiin kaikilla energiankulutuksen osa-alueilla, koneista ja laitteista sähkön tuottamiseen eri prosesseihin. Uusiutuvien energialähteiden – kuten aurinko-, tuuli-, vesi- ja geoterminen – yhdistäminen energiavalikoimaan on ratkaisevan tärkeää. Tämä voi koostua paikan päällä tapahtuvasta tuotannosta aurinkovoimaloiden tai tuulivoimaloiden kautta, uusiutuvan energian hankkimisesta kunnallisista laitoksista ja osallistumisesta uusiutuvan energian ostosopimuksiin. Aina kun mahdollista, sähköistäminen – perinteisten fossiilisiin polttoaineisiin perustuvien prosessien korvaaminen sähkökäyttöisillä vaihtoehdoilla – voi myös vähentää merkittävästi päästöjä. Tämä koskee erityisesti prosesseja, kuten lämmitystä ja kuljetusta, joissa sähköiset vaihtoehdot ovat yhä kannattavampia ja kustannustehokkaampia.
-
Jätteiden ja tuotteiden vähentäminen kiertokulun ja tehokkuuden edistämiseksi
Neljäs kulmakivi korostaa jätteen minimoimisen tärkeyttä koko tuotantoprosessissa sekä energiankulutuksen että päästöjen vähentämiseksi. Kehittyneiden prosessinohjausjärjestelmien ja data-analytiikan käyttöönotto mittalaitteista saadun tiedon pohjalta voi auttaa tunnistamaan tehottomuuksia ja optimoimaan prosesseja jätteen syntymisen minimoimiseksi. Lisäksi jätevirrat voidaan käyttää arvokkaiksi tuotteiksi tai raaka-aineiksi muihin sovelluksiin, mikä edistää kiertotaloutta ja vähentää ympäristökuormitusta. Tätä kulmakiveä toteuttamalla organisaatiot mahdollistavat ajattelutavan siirtymisen lineaarisesta "take-make-dispose" -mallista kohti kiertotalouden periaatteita, jotka keskittyvät resurssien uudelleenkäyttöön ja niiden pitämiseen kierrossa mahdollisimman pitkään. Tämä filosofia on välttämätön pitkän aikavälin kestävyyden saavuttamiseksi.
Vauhtia pitkän aikavälin menestykselle vaiheittaisella lähestymistavalla
Matka kohti monimutkaisten prosessiteollisuuden hiilidioksidipäästöjen vähentämistä on parasta tehdä vaiheittain, jolloin keskitytään asteittaisten mutta ajan myötä vaikuttavien parannusten saavuttamiseen. Tämä mahdollistaa:
- Jatkuvan oppimisen ja optimoinnin, jossa jokainen vaihe tarjoaa arvokasta tietoa ja oivalluksia, joita voidaan käyttää myöhempien strategioiden tarkentamiseen. Tämä varmistaa hiilidioksidipäästöjen jatkuvan vähentämisen ja optimoinnin.
- Hallittavat investoinnit ja riskien pienemisen, mikä mahdollistaa strategisen investointien allokoinnin ja minimoi suuriin, testaamattomiin teknologioihin liittyvät taloudelliset riskit.
- Vauhdittaa ja osoittaa edistymistä. Alkuvaiheen menestys kasvattaa sisäistä ja ulkoista luottamusta, houkuttelee lisäinvestointeja ja nopeuttaa siirtymistä päästöttömään tulevaisuuteen.
Esimerkiksi monet yritykset, jotka ottavat askeleita kohti hiilidioksidipäästöjen vähentämistä, hyödyntävät tällä hetkellä vähähiilisempiä vaihtoehtoja perinteisille fossiilisille polttoaineille, kuten maakaasulle, joka tunnetaan siirtymäpolttoaineina. Maakaasua poltettaessa syntyy noin puolet vähemmän hiilidioksidipäästöjä kuin kivihiiltä poltettaessa, ja sitä voidaan helposti kuljettaa nesteytettynä maakaasuna (LNG) alueille, joilla ei ole omia maakaasuvaroja, siltana kohti täysin hiilidioksidipäästöttömiä energialähteitä.
Muutoksen nopeuttaminen yhteistyön ja teknologisen kehityksen avulla
Prosessiteollisuuden hiilidioksidipäästöjen vähentäminen ei ole yksittäinen yritys, vaan se on kollektiivista työtä, joka edellyttää yhteistyötä ja tiedon jakamista toimialojen, arvoketjujen ja teknologian tarjoajien kesken. Avoin yhteistyö onnistuneiden strategioiden, kohdattujen haasteiden ja saatujen kokemusten ympärillä voi nopeuttaa edistymistä ja inspiroida innovaatioita koko sektorilla.
Näkökulmia
Prosessiteollisuuden hiilidioksidipäästöjen vähentäminen ei ole yksittäinen yritys, vaan se on kollektiivista työtä, joka edellyttää yhteistyötä ja tiedon jakamista toimialojen, arvoketjujen ja teknologian tarjoajien kesken.
Lisäksi yhteistyö toimittajien ja asiakkaiden kanssa kestävien käytäntöjen edistämiseksi ja päästöjen vähentämiseksi koko arvoketjussa on ratkaisevan tärkeää kokonaisvaltaisen hiilidioksidin vähentämisen saavuttamiseksi. Alan toimijoiden tulisi myös hyödyntää automaatioon, mittalaitteisin, data-analytiikkaan, uusiutuvaan energiaan ja prosessien optimointiin erikoistuneiden teknologiayritysten asiantuntemusta ja innovatiivisia ratkaisuja nopeuttaakseen hiilidioksidipäästöjen vähentämisen strategista toteutusta.
Endress+Hauserin kaltaisilla yrityksillä on keskeinen rooli tässä muutoksessa, sillä ne tarjoavat nykyaikaisia mittalaiteteknologioita, laitosten liitettävyysratkaisuja, tietopohjaisia näkemyksiä ja syvällistä teollisten prosessien ymmärtämistä auttaakseen yrityksiä optimoimaan toimintaansa, vähentämään ympäristövaikutuksiaan ja saavuttamaan kunnianhimoisia kestävän kehityksen tavoitteita.
Yhteinen pyrkimys kohti kestävää tulevaisuutta
Maailmantalouden, erityisesti prosessiteollisuuden, hiilidioksidipäästöttömyystavoite on mittava, mutta se on saavutettavissa oleva ja sillä on merkittäviä sekä pysyviä myönteisiä vaikutuksia. Vaikka täydellinen ja välitön hiilidioksidipäästöjen poistaminen on epärealistista tietyissä prosesseissa, sitoutuminen jatkuvaan parantamiseen, innovaatioiden omaksumiseen ja yhteistyön edistämiseen tasoittaa tietä puhtaammalle ja kestävämmälle tulevaisuudelle.
Tie nollapäästöihin perustuu monitahoiseen lähestymistapaan: prosessijätteen minimoiminen, puhtaiden polttoaineiden käyttöönotto, uusiutuviin energialähteisiin siirtyminen ja kiertotalouden käytäntöjen omaksuminen jätteen syntymisen vähentämiseksi. Omaksumalla nämä neljä kulmakiveä – ja hyödyntämällä teknologian, kollektiivisen toiminnan ja jatkuvan oppimisen voimaa – prosessiteollisuus voi ohjata hiilidioksidipäästöjen vähenemisen kohti päästöttömyyttä ja varmistaa kestävämmän ympäristön tuleville sukupolville.
