Caminhos para Vapor Descarbonizado

Nosso foco pode frequentemente parecer concentrado na otimização. Tornar os sistemas de vapor o mais eficientes possível ainda é uma parte fundamental de nosso negócio, e continuará a ser. As razões pelas quais isso faz sentido não desaparecerão quando o uso de combustíveis fósseis desaparecer.

Qualquer caminho que uma indústria decida seguir na estrada da descarbonização, sempre será um primeiro passo crítico maximizar a eficiência. Melhorar como o calor é gerado, distribuído e consumido não apenas reduz os custos de energia agora, mas também cria a base para as próximas partes da jornada. Mas a eliminação dos combustíveis emissores de carbono é o objetivo final - a descarbonização. A aposta é alta e o desafio é significativo. A energia térmica é vital para tantas indústrias, e com tantas maneiras diferentes de usá-la, não há uma única rota para alcançar os objetivos de emissão zero. O calor é responsável por dois terços de toda a demanda de energia na indústria nos EUA, mas apenas 10% disso vem de fontes renováveis. No Reino Unido, a história é semelhante; 70% das demandas de energia industrial do Reino Unido são para calor.

Como o vapor se tornou tão prevalente em todos os tipos de indústria não está em questão. É uma questão de física; ou mais precisamente, termodinâmica. A capacidade do vapor de transferir energia térmica para onde é necessário não é igualada por nada mais. A relativa facilidade com que ele pode percorrer distâncias – até quilômetros em uma grande planta – significa que é também um meio tremendamente eficiente. As indústrias não tomam decisões levianamente; se elas usam vapor, é porque nenhuma alternativa melhor foi encontrada até agora.

Na verdade, não é o vapor que precisa ser descarbonizado. Como defendemos há muito tempo, o vapor é tecnologia natural funcionando em seu melhor. A questão vem de como o geramos em primeiro lugar. É uma distinção importante, porque frequentemente o vapor é agrupado junto com os combustíveis fósseis que tradicionalmente foram usados para gerá-lo - gás, óleo e carvão. Agora sabemos que essas fontes de energia estão prejudicando nosso planeta ao elevar os níveis de gases de efeito estufa a um ponto prejudicial. O vapor não faz isso; não é uma fonte de energia, é um meio de transferência de energia. Para as inúmeras indústrias que precisam de vapor para operar nos níveis de produção e eficiência que todos passamos a apreciar, essa é uma boa notícia. Só precisamos avançar no caminho da descarbonização da produção de vapor.

Volte alguns anos no tempo e pense quantos veículos elétricos (VE) você via diariamente. Muito poucos, com o motor de combustão interna, alimentado por gasolina ou diesel, completamente dominante. Então, em 2003, a Tesla surgiu no cenário e promoveu incansavelmente a promessa de carros movidos a eletricidade. Os avanços na tecnologia de baterias, e finalmente modelos mais acessíveis, aumentaram a adoção das opções descarbonizadas. Hoje, as vendas de VEs estão crescendo exponencialmente, embora de uma base muito pequena.

Mas uma coisa não mudou; eles ainda dependem da roda. A física por trás de um eixo combinado com rodas não mudou muito em mais de 6.000 anos, mas o meio de impulsioná-lo sim. E, assim como com a roda, é perfeitamente possível manter todos os benefícios que o vapor oferece mudando a maneira como é produzido.

A natureza versátil do uso do vapor na indústria significa que cada indústria precisará escolher sua própria rota para a descarbonização. Pode nem mesmo seguir uma rota linear de A a Z; é mais provável que haja várias medidas que podem ser empregadas para alcançar esse objetivo final.

Mas, se o vapor ainda é considerado uma parte vital das operações dessa indústria, em algum ponto encontrar uma maneira de usá-lo que não resulte em emissões de carbono (ou as minimize significativamente) é crítico. Agora mesmo, há cinco principais concorrentes para enfrentar esse desafio.

Usar eletricidade gerada por fontes renováveis ou energia nuclear, conhecida como ‘eletricidade benéfica’, é uma das principais opções. Há várias razões para isso. A primeira é que é uma tecnologia comprovada, com caldeiras elétricas capazes de converter eletricidade em calor com eficiência de quase 100% e perdas mínimas por radiação das superfícies da caldeira. Depois há o custo de capital potencialmente atrativo, com um estudo encontrando caldeiras elétricas quase 40% mais baratas que uma caldeira equivalente a gás natural.¹

Mais pontos positivos surgem com nenhuma mudança necessária nos processos de uso final, apenas na própria sala de caldeiras. Existem opções disponíveis para eletrificar outras partes dos processos industriais, mas essas frequentemente precisam de mudanças nos processos e tecnologias de produção existentes. A principal barreira para ver maior adoção dessa opção é que a eletricidade ainda é comparativamente mais cara do que os combustíveis fósseis. Mesmo quando isso diminuir, como é provável à medida que as renováveis aumentam sua participação na geração de eletricidade, as redes precisarão ser expandidas para suprir o aumento da demanda. É por isso que se espera que as emissões de CO2 aumentem, temporariamente, enquanto a indústria de geração e distribuição de energia acompanha a mudança.

Se produzida de forma sustentável, a biomassa é uma perspectiva promissora para substituir combustíveis fósseis em algumas indústrias, embora o carbono ainda possa ser emitido de sua combustão, em níveis mais baixos do que os combustíveis fósseis. Na Dinamarca, por exemplo, uma empresa de energia já descarbonizou completamente sua produção de calor, incluindo fornecimento de vapor para a indústria, usando biomassa em vez de carvão para unidades combinadas de calor e energia (CHPs).

Ainda em estágios iniciais e relativamente caro, o hidrogênio é visto como uma possibilidade real para substituir combustíveis fósseis em processos de alta temperatura, e será capaz de gerar vapor em qualquer temperatura necessária. Ainda existem questões em ter que capturar algumas emissões durante sua produção e uso, e controlar os queimadores não é tão simples.

Esta arena emergente de tecnologia limpa é muito promissora, especialmente dada a natureza intermitente de algumas fontes de energia renováveis. Ser capaz de capturar eletricidade renovável excedente ou de baixo custo aquecendo um meio de armazenamento a temperaturas de até 400°C é atualmente muito superior às alcançáveis com bombas de calor. Trabalhos também estão sendo realizados para capturar o próprio vapor por períodos de curto prazo, útil onde ele não é necessário de forma contínua.

Algumas indústrias, devido à natureza intensiva de suas operações, provavelmente continuarão precisando de combustíveis fósseis, pelo menos em parte. Às vezes, isso pode ser para cobrir períodos onde a produção não pode ser interrompida, mas alternativas sem carbono ou de baixo carbono não estão disponíveis.

O vapor não chegou à sua posição dominante como um meio indispensável de calor industrial da noite para o dia. Também não precisamos assumir que não podemos mais aproveitar seus muitos benefícios. O novo capítulo para o vapor descarbonizado já está se desenrolando. É menos sobre abandonar o que funcionou tão bem por décadas e mais sobre reimaginá-lo para o futuro. Com o compromisso e a inovação certos, as indústrias podem continuar aproveitando o poder do vapor, mas de uma maneira que se alinhe com o compromisso global de um futuro sustentável. As perspectivas parecem promissoras, e com esforço coletivo, um futuro descarbonizado não é apenas uma possibilidade, mas uma realidade iminente.

Fontes:

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, July 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