Jalan Menuju Uap Terdekarbonisasi

Penekanan kami sering kali tampak berfokus pada optimasi. Membuat sistem uap seefisien mungkin masih merupakan bagian fundamental dari bisnis kami, dan akan terus demikian. Alasan mengapa ini masuk akal tidak akan hilang ketika penggunaan bahan bakar fosil berakhir.

Apa pun jalan yang diputuskan industri untuk diikuti di sepanjang jalan menuju dekarbonisasi, akan selalu menjadi langkah kritis pertama untuk memaksimalkan efisiensi. Meningkatkan bagaimana panas dihasilkan, dikirim, dan dikonsumsi tidak hanya mengurangi biaya energi sekarang, tetapi juga menciptakan fondasi untuk bagian perjalanan selanjutnya. Tetapi penghapusan bahan bakar yang menghasilkan karbon adalah tujuan akhir - dekarbonisasi. Taruhannya tinggi, dan tantangannya signifikan. Energi termal sangat penting bagi begitu banyak industri, dan dengan begitu banyak cara berbeda menggunakannya, tidak ada satu jalur untuk mencapai tujuan net zero. Panas bertanggung jawab atas dua pertiga dari semua permintaan energi di industri di AS, tetapi hanya 10% yang berasal dari sumber terbarukan. Di Inggris, ceritanya serupa; 70% permintaan energi industri Inggris adalah untuk panas.

Bagaimana uap menjadi begitu lazim di semua jenis industri tidak diragukan lagi. Ini masalah fisika; atau lebih tepatnya, termodinamika. Kemampuan uap untuk mentransfer energi panas ke tempat yang dibutuhkan tidak tertandingi oleh apa pun. Kemudahan relatif di mana uap dapat menempuh jarak - bahkan bermil-mil di pabrik besar - berarti ia juga medium yang sangat efisien. Industri tidak mengambil keputusan secara sembarangan; jika mereka menggunakan uap, itu karena tidak ada alternatif yang lebih baik yang ditemukan.

Faktanya, bukan uap yang perlu didekarbonisasi. Seperti yang telah lama kami advokasikan, uap adalah teknologi alami yang berkinerja terbaik. Masalahnya berasal dari bagaimana kita menghasilkannya. Ini perbedaan penting, karena sering kali uap digabungkan dengan bahan bakar fosil yang secara tradisional digunakan untuk menghasilkannya - gas, minyak, dan batu bara. Kita sekarang tahu bahwa sumber energi ini merusak planet kita dengan meningkatkan kadar gas rumah kaca ke titik yang merugikan. Uap tidak demikian; uap bukan sumber energi, uap adalah medium transfer energi. Bagi industri tak terhitung yang membutuhkan uap untuk beroperasi pada tingkat output dan efisiensi yang kita semua nikmati, itu adalah berita baik. Kita hanya perlu bergerak di sepanjang jalan menuju dekarbonisasi produksi uap.

Kembali beberapa tahun yang lalu, dan pikirkan berapa banyak kendaraan listrik (EV) yang Anda lihat setiap hari. Sangat sedikit, dengan mesin pembakaran internal, ditenagai bensin atau diesel, sepenuhnya dominan. Kemudian, pada tahun 2003, Tesla muncul di panggung dan tanpa lelah mempromosikan janji mobil bertenaga listrik. Kemajuan dalam teknologi baterai, dan akhirnya model yang lebih terjangkau, meningkatkan adopsi opsi yang terdekarbonisasi. Hari ini, penjualan EV meningkat secara eksponensial, meskipun dari basis yang sangat kecil.

Tetapi satu hal tidak berubah; mereka masih mengandalkan roda. Fisika di balik poros yang dikombinasikan dengan roda tidak banyak berubah selama lebih dari 6.000 tahun, tetapi sarana untuk memberi tenaga padanya telah berubah. Dan, seperti halnya dengan roda, sangat mungkin untuk mempertahankan semua manfaat yang ditawarkan uap dengan mengubah cara uap diproduksi.

Sifat serbaguna penggunaan uap dalam industri berarti setiap industri perlu memilih rute sendiri menuju dekarbonisasi. Mungkin bahkan tidak mengikuti rute linier A-Z; lebih mungkin ada berbagai langkah yang dapat diterapkan untuk mencapai tujuan akhir.

Tetapi, jika uap masih dianggap sebagai bagian vital operasi industri tersebut, pada titik tertentu menemukan cara untuk menggunakannya yang tidak menghasilkan emisi karbon (atau meminimalkannya secara signifikan) sangat penting. Saat ini, ada lima penantang utama untuk memenuhi tantangan ini.

Menggunakan listrik yang dihasilkan oleh sumber terbarukan, atau tenaga nuklir, yang dikenal sebagai ‘listrik bermanfaat’ adalah pelopor. Ada berbagai alasan untuk ini. Yang pertama adalah teknologi yang telah terbukti, dengan ketel listrik mampu mengubah listrik menjadi panas dengan efisiensi hampir 100% dengan kehilangan radiasi minimal dari permukaan ketel. Kemudian ada biaya modal yang berpotensi menarik, dengan satu studi menemukan ketel listrik hampir 40% lebih murah dari ketel berbahan bakar gas alam yang setara.

Hal positif lebih lanjut datang tanpa perubahan yang diperlukan dalam proses penggunaan akhir, hanya di ruang ketel itu sendiri. Ada opsi yang tersedia untuk mengaliri listrik bagian lain dari proses industri, tetapi ini sering memerlukan perubahan pada proses produksi dan teknologi yang ada. Hambatan utama untuk melihat peningkatan adopsi opsi ini adalah listrik masih relatif lebih mahal daripada bahan bakar fosil. Bahkan ketika ini menurun, seperti yang mungkin terjadi seiring sumber terbarukan meningkatkan porsi pembangkitan listrik, jaringan perlu diperluas untuk memasok lonjakan permintaan. Itulah mengapa diharapkan emisi CO2 akan meningkat, sementara, sementara industri pembangkitan dan distribusi tenaga menyusul peralihan tersebut.

Jika diproduksi secara berkelanjutan, biomassa adalah prospek yang menjanjikan untuk menggantikan bahan bakar fosil di beberapa industri, meskipun karbon mungkin masih dihasilkan dari pembakarannya, pada tingkat yang lebih rendah dari bahan bakar fosil. Di Denmark, misalnya, satu perusahaan energi telah sepenuhnya mendekarbonisasi produksi panasnya, termasuk menyediakan uap untuk industri, dengan menggunakan biomassa sebagai pengganti batu bara untuk unit gabungan panas dan tenaga (CHP).

Masih dalam tahap awal, dan masih relatif mahal, hidrogen dipandang sebagai kemungkinan nyata untuk menggantikan bahan bakar fosil dalam proses suhu tinggi, dan akan mampu menghasilkan uap, pada suhu berapa pun yang diperlukan. Masih ada masalah dalam menangkap beberapa emisi selama produksi dan penggunaannya, dan mengendalikan pembakar tidak semudah itu.

Arena cleantech yang muncul ini sangat menjanjikan, terutama mengingat sifat intermiten beberapa sumber energi terbarukan. Mampu menangkap kelebihan atau listrik terbarukan berbiaya rendah dengan memanaskan medium penyimpanan hingga suhu 400 C saat ini jauh lebih tinggi dari yang dapat dicapai dengan pompa panas. Pekerjaan juga sedang dilakukan untuk menangkap uap itu sendiri untuk periode jangka pendek, berguna di mana uap tidak diperlukan pada basis proses berkelanjutan.

Beberapa industri, karena sifat intensif operasinya, kemungkinan akan terus membutuhkan bahan bakar fosil, setidaknya sebagian. Terkadang ini mungkin untuk menjembatani periode di mana produksi tidak dapat dihentikan, tetapi alternatif bebas karbon atau rendah karbon tidak tersedia.

Uap tidak datang ke posisi dominannya sebagai sarana panas industri yang tak tergantikan dalam semalam. Juga kita tidak perlu berasumsi kita tidak lagi dapat memanfaatkan banyak manfaatnya. Babak baru untuk uap terdekarbonisasi sudah terungkap. Ini kurang tentang meninggalkan apa yang telah bekerja dengan baik selama puluhan tahun, dan lebih tentang membayangkannya kembali untuk masa depan. Dengan komitmen dan inovasi yang tepat, industri dapat terus memanfaatkan kekuatan uap, tetapi dengan cara yang selaras dengan komitmen global terhadap masa depan berkelanjutan. Prospeknya tampak menjanjikan, dan dengan upaya kolektif, masa depan terdekarbonisasi bukan hanya kemungkinan, tetapi kenyataan yang akan datang.

Sumber:

1: Ali Hasanbeigi, Lynn A. Kirshbaum, Blaine Collison, and David Gardiner: Electrifying U.S. Industry: A Technology- and Process-Based Approach to Decarbonization, 2021.

Edward Rightor, Andrew Whitlock, and R. Neal Elliott: Beneficial Electrification in Industry, Juli 2020

Ricardo: Pathways to Industrial Heat Decarbonisation, November 2022.

M. Jibran S. Zuberi, Ali Hasanbeigi, William R. Morrow: Electrification of Boilers in U.S. Manufacturing, 2021.

Lisa Neusel, Simon Hirzel, Matthias Rehfeldt: Still alive, but different in the future? Decarbonisation of industrial steam boilers from a multi-dimensional perspective, 2022.

Electrifying U.S. Industry — Global Efficiency Intelligence