Decarbonisatie in de procesindustrie
Door innovatieve technologieën te omarmen, optimaliseert de industrie het gebruik van energie, is er minder afval en gaat men richting netto-nulbewerkingen
In het kort
- De procesindustrie heeft een goede gelegenheid om haar CO2-voetafdruk te verminderen door middel van diverse decarbonisatiemethoden.
- Essentiële industrietakken als chemie, staal, olie en gas, mijnbouw, elektriciteitsopwekking en voedselproductie hebben een hele kluif aan het realiseren van decarbonisatie, omdat het bij hun kernprocessen inherent is dat er grote hoeveelheden broeikasgassen worden uitgestoten.
- De grote energievraag van koolstof-intensieve processen zorgt voor een dubbele uitdaging voor de industrie, omdat ze zowel bij de procesemissies als bij het verbruik van de fossiele brandstoffen moeten minderen.
- De procesindustrie kan netto-nul-emissies bereiken door het verminderen van procesafval, het gebruik van schone brandstoffen, het overschakelen naar hernieuwbare energiebronnen en het minimaliseren van afval door het toepassen van circulaire-economiepraktijken.
- De decarbonisatie van de procesindustrie vereist een gefaseerde aanpak door permanente educatie, innovatie, beheersbare investeringen en stimulering van de netto-nuldoelen
- Samenwerking met partijen binnen de industrie is essentieel voor het uitdragen van duurzame praktijken en het verlagen van emissies in de gehele waardeketen.
Tijd voor actie
Klimaatverandering, versterkt door de uitstoot van broeikasgassen, zorgt voor een urgente mondiale uitdaging en vraagt om onmiddellijke en resolute actie voor decarbonisatie in alle bedrijfssectoren. Deze inspanningen zijn noodzakelijk voor het verminderen van kooldioxide-emissies in de atmosfeer. Hoewel een aantal industrietakken inherent meer koolstof-intensief zijn dan andere, heeft elke procesindustrie het potentieel voor een substantiële decarbonisatiebijdrage.
Deze kansen en methoden omvatten onder andere emissieverlaging, koolstofafvang, optimalisatie van de procesefficiëntie en overschakeling naar alternatieve brandstofbronnen en productiemethoden. Samen worden deze maatregelen decarbonisatie genoemd of het verminderen van de milieu-effecten van kooldioxide-emissies in de atmosfeer. In dit artikel wordt ingegaan op de problemen bij de decarbonisatie van de procesindustrie, worden praktische strategieën verkend en wordt gekeken naar de cruciale rol die samenwerking en technologie spelen bij het bereiken van een netto-nultoekomst.
Aannemen van de uitdagingen van de meest koolstof-intensieve processen
Diverse industrietakken hebben te maken met unieke uitdagingen bij hun streven naar decarbonisatie door de inherente koolstofintensiteit van hun kernprocessen. Deze omvatten:
- Chemische bedrijven en raffinaderijen: het raffinageproces, met name de productie van waterstof via stoommethaanreforming (SMR) van aardgas, is een belangrijke bron van kooldioxide-emissies. Deze waterstof is cruciaal voor verschillende processen, waaronder hydrotreating, waarbij zwavel en andere onzuiverheden uit raffinageproducten worden verwijderd. Hetzelfde proces wordt ook gebruikt voor de productie van ammoniak die wordt gebruikt bij de kunstmestproductie en voor andere belangrijke productieprocessen.
- Cement- en kalkproductie: de productie van cement en kalk omvat calcinatie, een hoge-temperatuurproces waarbij kooldioxide vrijkomt als bijproduct. Het gangbare gebruik van fossiele brandstoffen, zoals kolen en petroleumcokes, in deze processen versterkt hun CO2-voetafdruk.
- IJzer- en staalproductie: bij de transformatie van ijzererts naar ijzer en staal, waarbij volop gebruik wordt gemaakt van hoogovens en oxystaalovens, komen grote hoeveelheden kooldioxide vrij. Dit komt ook terug in de energie-intensieve aard van de opvolgende processen, zoals het continu gieten, warmwalsen en andere vormingsbewerkingen.
- Voedingsmiddelen- en drankindustrie: van landbouw en ingredient sourcing tot verwerking, verpakking en distributie, de voedingsmiddelen- en dranksector maakt in verschillende fasen intensief gebruik van fossiele brandstoffen, wat bijdraagt aan zijn totale CO2-voetafdruk.
Deze industrieën, hoewel fundamenteel voor de moderne maatschappij, heeft een aanzienlijk aandeel in de uitstoot van broeikasgassen. In de Verenigde Staten alleen al, zijn ze goed voor ruim 75% van de totale industriële kooldioxide-emissies.
Inzichten
De chemische bedrijven en raffinaderijen, de cement- en kalkproductie, de ijzer- en staalproductie en de voedingsmiddelen- en drankindustrie zijn goed voor ruim 75% van de totale industriële kooldioxide-emissies.
Bron: ourworldindata.org
Het aanpakken van deze emissies is niet alleen een milieunoodzaak, maar ook cruciaal voor het voldoen aan ecologische, sociale en governance (ESG) -bedrijfsdoelstellingen en het waarborgen van langdurige economische duurzaamheid.
Het aangaan van de vertakte uitdagingen van energie-intensiteit en procesemissies
Om het nog complexer te maken, zijn veel van deze koolstof-intensieve processen ook zeer energie-intensief. Dit zorgt voor een dubbele uitdaging: zowel bij de procesemissies als bij het verbruik van de fossiele brandstoffen moet worden geminderd.
Raffinaderijen, bijvoorbeeld, hebben grote hoeveelheden energie nodig voor processen zoals hydrocracking, atmosferische destillatie en katalytisch kraken. De afhankelijkheid van fossiele brandstoffen voor deze energiebehoeften versterkt de milieu-effecten van de processen.
De cement- en kalkproductie maakt intensief gebruik van draaiovens voor het zogenaamde calcinatie-proces, waarbij kalksteen en andere mineralen tot hoge temperaturen worden verhit. Hierbij komen grote hoeveelheden kooldioxide vrij en de leeftijd van de installatie speelt een belangrijke rol bij de efficiëntie. Oudere installaties hebben vaak geen geavanceerde voorverwarmingssystemen, waardoor de warmteterugwinning lager is evenals de energie- en procesefficiëntie.
De productieprocessen van ijzer, staal en andere metalen vragen eveneens veel energie voor het verhitten, smelten en vormen, waarbij vaak intensief gebruik wordt gemaakt van fossiele brandstoffen zoals aardgas en kolen. Om deze complexe uitdagingen effectief aan te gaan, moet de procesindustrie een uitgebreide decarbonisatiestrategie opstellen die is gebaseerd op vier hoekstenen, die elk aandachtspunten markeren voor het bereiken van netto-nulbewerkingen.
Vier hoekstenen voor een robuuste decarbonisatiestrategie
Strategie
-
Emissies verlagen
De eerste hoeksteen benadrukt het minimaliseren of elimineren van afvalproducten van directe kooldioxideprocessen. Hiervoor is vaak een totaal andere manier van denken nodig, waarbij innovatieve technologieën worden omarmd. Proces-optimalisatie omvat doorgaans de finetuning van bestaande bewerkingen voor het minimaliseren van het energieverbruik en de afvalproductie. Dit kan worden bereikt via geavanceerde procescontrolesystemen, data-analyse en de implementatie van beste werkwijzen voor het gebruik van hulpbronnen. De data die nodig is voor de implementatie wordt geleverd door instrumenten, die al aanwezig zijn of worden aangeschaft. Het verkennen en implementeren van alternatieve technologieën die inherent minder koolstof-intensief zijn, is ook essentieel. Dit omvat onder andere de verschuiving richting hernieuwbare elektrische energiebronnen waar mogelijk, het gebruik van een efficiëntere uitrusting en de implementatie van technologieën voor de afvang, het gebruik en de opslag van koolstof (CCUS) voor onvermijdelijke emissies. Het voornaamste doel van CCUS is het voorkomen van kooldioxide-uitstoot in de atmosfeer, door het verzamelen en opslaan van procesrookgassen. In een aantal gevallen kan een compleet nieuwe inrichting van het proces nodig zijn voor het substantieel verminderen van emissies. Dit kan bestaan uit de overgang naar volledig nieuwe productiemethoden, waarbij andere grondstoffen worden gebruikt of het bestuderen van alternatieve chemische stoffen die de productie van kooldioxide minimaliseren of elimineren.
-
Acceptatie van schone brandstoffen
De tweede hoeksteen richt zich op het verlaten van fossiele brandstoffen en het omarmen van schonere alternatieven, zoals waterstof, voor energieopwekking ter ondersteuning van de decarbonisatie van de procesindustrie. Groene waterstof wordt geproduceerd door elektrolyse met behulp van hernieuwbare energiebronnen, waardoor een volkomen koolstofvrije brandstof wordt verkregen. Deze vormt een enorm potentieel voor diverse toepassingen binnen de procesindustrie, onder andere voor het vervangen van aardgas in hoge-temperatuurprocessen en dient als basismateriaal voor het produceren van koolstofarme chemicaliën en brandstoffen. Biobrandstoffen worden verkregen uit hernieuwbare bronnen zoals landbouwafval, houtresten en ander organisch materiaal, waardoor een duurzamer alternatief voor fossiele brandstoffen wordt verkregen. Hoewel bij de verbranding hiervan kooldioxide vrijkomt, worden deze processen beschouwd als koolstofneutraal omdat de koolstof oorspronkelijk is geabsorbeerd uit de atmosfeer tijdens de groei van het basismateriaal.
-
Decarbonisatie van het energieverbruik
De derde hoeksteen legt de nadruk op een transitie naar schonere energiebronnen voor elk energieverbruik, van het aandrijven van machines en uitrusting tot het leveren van warmte voor diverse processen. Het integreren van hernieuwbare energiebronnen - zoals zon-, wind-, waterkracht en aardwarmte - in de energiemix is van cruciaal belang. Dit kan bestaan uit het on-site opwekken met zonneparken of windturbines, het verkrijgen van hernieuwbare energie van utiliteiten en deelnemen aan warmteafnameovereenkomsten. Waar mogelijk, elektrificatie - vervanging van traditionele processen op fossiele brandstof door alternatieven op elektriciteit - kan de emissies ook aanzienlijk verminderen. Dit is met name relevant voor processen zoals verhitting en vervoer, waar elektrische alternatieven steeds meer haalbaar en rendabel zijn.
-
Vermindering van afval en circulaire en efficiënte producten
De vierde hoeksteen concentreert zich op het belang van het minimaliseren van afval in het gehele productieproces, om zowel het energieverbruik als de emissies te verminderen. Het implementeren van geavanceerde procescontrolesystemen en data-analyse op basis van data geleverd door instrumenten kan helpen bij het bepalen van inefficiënties en het optimaliseren van processen om de afvalproductie bij de bron te minimaliseren. Verder kunnen afvalstromen worden veranderd in nuttige producten of basismateriaal voor andere toepassingen, wat een bijdrage levert aan een circulaire economie en waardoor de hoeveelheid milieuschadelijke bijproducten wordt verminderd. Door de implementatie van deze hoeksteen maken organisaties een verandering van denkrichting mogelijk van het lineaire "grondstoffen-productie-gebruik-restafval"-model naar de principes van de circulaire economie, waarbij de nadruk wordt gelegd op hergebruik, herbestemming en hulpbronnen zo lang mogelijk in circulatie houden. Deze filosofie is essentieel voor het bereiken van duurzaamheid voor de lange termijn.
Activering van langdurig succes met een gefaseerde aanpak
De ontwikkeling richting decarbonisatie van de complexe procesindustrie kan het beste worden geregeld met een gefaseerde aanpak, waarbij de nadruk ligt op het bereiken van stapsgewijze en krachtige verbeteringen. Dit zorgt voor:
- Permanente educatie en optimalisatie, waarbij in elke fase waardevolle data en inzichten worden verkregen die kunnen worden gebruikt voor het verfijnen van te nemen strategieën. Dit waarborgt een doorlopende verbetering en optimalisatie van decarbonisatie-inspanningen.
- Beheersbare investeringen en risicobeperking, wat ruimte laat voor strategische investeringen en financiële risico's die samenhangen met grootschalige, ongeteste technologieën tot een minimum beperkt.
- Creëren van momentum en tonen van vooruitgang. Succes tijdens de beginfase geeft intern en extern vertrouwen, wat meer investeringen oplevert en de transitie naar een netto-nultoekomst versnelt.
Zo zetten bijvoorbeeld veel bedrijven stappen in de richting van decarbonisatie en maken hierbij gebruik van alternatieven die koolstofarmer zijn dan de conventionele fossiele brandstoffen, zoals aardgas, ook wel transitiebrandstoffen genoemd. Aardgas stoot bij verbranding ongeveer half zo veel kooldioxide uit als kolen; het kan eenvoudig worden verscheept als vloeibaar aardgas (LNG) naar gebieden zonder eigen aardgasbronnen als een overgang naar volledig-gedecarboniseerde energiebronnen.
Versnellen van de transitie door samenwerking en technologische vooruitgang
De decarbonisatie van de procesindustrie is geen solitaire onderneming, maar een collectieve inspanning waarvoor samenwerking en kennis nodig zijn binnen de industrieën, waardeketens en technologieleveranciers. Open samenwerking bij succesvolle strategieën, onverwachte uitdagingen en ervaringen kan de vooruitgang versnellen en in de gehele sector voor inspiratie zorgen.
Inzichten
De decarbonisatie van de procesindustrie is geen solitaire onderneming, maar een collectieve inspanning waarvoor samenwerking en kennis nodig zijn binnen de industrieën, waardeketens en technologieleveranciers.
Bovendien is samenwerking met leveranciers en klanten voor het stimuleren van duurzame praktijken en het verlagen van emissies in de gehele waardeketen essentieel voor het bereiken van uitgebreide decarbonisatie. Industriespelers moeten ook gebruikmaken van de expertise en innovatieve oplossingen van technologiebedrijven die gespecialiseerd zijn in automatisering, instrumentatie, data-analyse, hernieuwbare energie en procesoptimalisatie om de strategische implementatie van decarbonisatie te versnellen.
Bedrijven als Endress+Hauser spelen een belangrijke rol in deze transitie, omdat ze moderne instrumenttechnologieën, plant connectivity oplossingen, data-driven inzichten en een diep inzicht in industriële processen hebben, die bedrijven helpen bij het optimaliseren van bewerkingen, het verlagen van hun milieu-effecten en het bereiken van ambitieuze duurzaamheidsdoelen.
Een collectieve inspanning voor een duurzame toekomst
De decarbonisatie van de wereldwijde economie, met name de procesindustrie, is een zware opgave, maar het is een bereikbaar doel, en het zal significante en langdurige effecten opleveren. Een volledige en onmiddellijke decarbonisatie is onrealistisch voor bepaalde processen, maar een afspraak over doorlopende verbeteringen, het omarmen van innovatie en het stimuleren van samenwerking zal het pad naar een schonere, duurzamere toekomst effenen.
De weg naar netto-nul loopt via een meervoudige aanpak: minimaliseren van procesafval, aannemen van schone brandstoffen, transitie naar hernieuwbare energiebronnen en omarmen van circulaire-economiepraktijken om de afvalproductie te verminderen. Door deze vier hoekstenen te accepteren - en door gebruik te maken van de kracht van technologie, gezamenlijke actie en permanente educatie - kan de procesindustrie de decarbonisatie-opdracht naar de netto-nuldoelstellingen leiden voor een duurzamer milieu voor de toekomst.
