Os Benefícios da Otimização de Sistemas de Vapor

Olhe para os relatórios de progresso sobre mudanças climáticas nos últimos anos, e você encontrará pouco para comemorarmos. Sabemos o que está em jogo; falhar em limitar o aumento da temperatura de nosso planeta terá consequências terríveis para todos nós. No entanto, a ação rápida necessária para alcançar nossos objetivos de emissão zero não está acontecendo. Se é uma “Corrida para Zero” em que estamos, então por que parece menos um sprint e mais uma corrida de três pernas?

Volte ao início de 2022. O mundo estava se recuperando de uma pandemia devastadora, e as economias estavam se reconstruindo. Mas se pensávamos que as coisas estavam melhorando, quando se tratava de mudanças climáticas, havia um lado negativo. As emissões de CO2 de eletricidade e calor atingiram seu nível mais alto de todos os tempos, provocando a Agência Internacional de Energia (AIE) a emitir um claro chamado à ação.

O mundo agora precisa garantir que a recuperação global de emissões em 2021 foi um caso isolado – e que investimentos sustentáveis combinados com a implantação acelerada de tecnologias de energia limpa reduzirão as emissões de CO2 em 2022…¹

A luva foi lançada, e mais um ano passou. Um que viu agressão na Europa e uma crise energética global emergir. O impacto nas aspirações de mudanças climáticas foi marcante. Em março passado, a AIE relatou: “As emissões globais de dióxido de carbono (CO2) de combustão de energia e processos industriais cresceram 0,9% ou 321 Mt em 2022, atingindo um novo recorde histórico de 36,8 Gt.”

O melhor que se podia dizer era que pelo menos a energia limpa continuou seu avanço rápido, sem o qual “o crescimento nas emissões de CO2 teria sido quase três vezes maior.”²

De qualquer ponto de vista, a perspectiva pode parecer desanimadora. Um pouco como receber um boletim escolar, vez após vez, que simplesmente exige “deve se esforçar mais”. Não ajuda que sempre parecemos estar olhando para trás, para o que poderia ter sido, em vez de olhar para frente com otimismo e ambição.

É um exemplo clássico do problema da escala. Quando enfrentamos problemas tão maiores do que nossas ações individuais, há uma tendência a se desmotivar. Sentimentos de impotência podem dominar ou, alternativamente, recorremos ao otimismo tecnológico. Você pode ver isso em ação com as abordagens visionárias para enfrentar as mudanças climáticas. Sim, esperamos ver o hidrogênio verde se tornar amplamente disponível, ser capaz de remover o dióxido de carbono e armazená-lo permanentemente, e acolher quaisquer processos inovadores que eliminem sua produção em primeiro lugar. Capturando nossa imaginação, eles parecem oferecer promessa quando há poucos lados positivos à vista. A inovação será sempre fundamental para lidar com a complexidade e escala dos problemas que cercam as mudanças climáticas. Com o tempo, eles se tornarão parte de nossas vidas cotidianas. No entanto, não temos tempo a nosso favor.

Essa foi a conclusão do relatório do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas no início deste ano. Um chamado à ação certamente, mas, como os autores sugerem, “Emissões líquidas zero de CO2 do setor industrial são desafiadoras, mas possíveis.”

Ao longo de suas mais de 2.000 páginas, o relatório do IPCC examina todos os aspectos da crise climática. Quando lida com a redução de gases de efeito estufa (GEE) do setor energético como um todo, sugere que isso “requer grandes transições, incluindo uma redução substancial no uso geral de combustíveis fósseis, a implantação de fontes de energia de baixa emissão, a mudança para portadores de energia alternativos e eficiência e conservação de energia.”³ Ecoando a mensagem do IPCC, o CEO da Science Based Targets initiative (SBTi), Luiz Amaral, apontou que limitar o aquecimento global a 1,5°C requer um pico antes de 2025, reduzindo emissões em 43% até 2030, 60% até 2035 e atingir emissão zero no início de 2050. Não será fácil, mas com a mentalidade certa, progresso significativo pode ser feito em direção a um futuro mais sustentável.

Organizações com metas baseadas em ciência validadas provaram que reduções monumentais são possíveis - cortando emissões de escopo 1 e 2 em 12% em média ano a ano - maior do que as reduções de 7,6% ano a ano necessárias para alcançar a meta de 1,5°C do Acordo de Paris.⁴

É encorajador ver o progresso sendo feito pelas 2.731 empresas com metas baseadas em ciência, das quais somos uma. Ao focar no presente e recusar-se a permitir que o status quo controle a narrativa, o progresso está sendo feito. As empresas terão maneiras diferentes de alcançar seus objetivos, mas um tema comum é eficiência.

Essa foi uma das mensagens-chave do Roteiro de Descarbonização Industrial da administração Biden-Harris, publicado em setembro do ano passado. Como o país com a segunda maior emissão de CO2 do mundo, qualquer progresso em detalhar como pretende enfrentar isso é bem-vindo. Reconhecendo que 30% das emissões de CO2 relacionadas à energia dos EUA se originam da indústria, ele foca no caminho a seguir para cinco das indústrias com maiores emissões de CO2: refino de petróleo, químicos, ferro e aço, cimento e os setores de alimentos e bebidas. Dos quatro pilares tecnológicos-chave identificados, ele conclui: “A eficiência energética é uma estratégia de descarbonização fundamental e transversal e é a opção mais econômica para reduções de emissões de GEE a curto prazo.”⁵ Não foi apenas o governo americano que viu a eficiência como parte do modelo para evitar o desastre climático. A AIE lançou seu relatório de rastreamento sobre Eficiência Energética no mesmo mês, enfatizando: “A eficiência energética é a maior medida única para evitar a demanda de energia no Cenário de Emissões Líquidas Zero até 2050, juntamente com as medidas intimamente relacionadas de eletrificação, mudança de comportamento, digitalização e eficiência de materiais.”⁶ Você pode pensar que nada poderia ser mais prático do que aumentar a eficiência. Que está na agenda de todos os dias. Então por que somos constantemente lembrados de sua importância?

Amplamente reconhecido por muitas indústrias como uma parte essencial e duradoura de seus processos, o vapor é uma fonte naturalmente eficiente de energia térmica. Isso não significa que os sistemas de vapor não possam ser melhorados, mas a experiência e o conhecimento significam que sabemos como fazer isso.

Há uma série de medidas comprovadas e custo-efetivas para melhorar um sistema de vapor. Por que essas não são universalmente adotadas se deve a uma combinação de fatores, muitos deles não relacionados a obstáculos monetários. A primeira, e mais simples razão, é a falta de informação e conhecimento. Embora relatórios recentes de alto nível tenham apontado a eficiência como um primeiro passo rumo à descarbonização, os sistemas de vapor são complexos, frequentemente únicos para uma indústria particular, ou até mesmo uma planta. Saber onde otimizar, como fazê-lo efetivamente e entender exatamente quais serão os benefícios requer ajuda especializada. Uma série de outros fatores se combinam para manter a eficiência no topo da lista de “ainda por fazer” para muitas empresas. Frequentemente, a falta de recursos financeiros dificulta a adoção de medidas que se pagariam em um curto período de tempo (especialmente para pequenas e médias empresas). A falta de apoio da alta administração, incerteza sobre novas tecnologias e medo de interrupção da produção, e falta de incentivos governamentais combinada com falta de fiscalização de regulamentações governamentais, tudo se soma à inação. Além das barreiras gerais que dificultam as melhorias de eficiência, os sistemas de vapor têm seu próprio conjunto específico de dificuldades a superar. Tradicionalmente, muitas empresas focaram nas caldeiras, não em todo o sistema de vapor que inclui geração de vapor (caldeiras), distribuição, sistemas de recuperação e como o vapor é usado.

Embora a otimização de sistemas possa ser mais difícil do que mudar um equipamento, pois requer um conhecimento e avaliação mais holísticos do sistema, ela frequentemente produzirá economia de energia muito maior em comparação com a substituição de um único componente por um mais eficiente.⁷

E, se simplesmente substituir uma caldeira por uma mais eficiente em energia pode parecer fazer sentido, isso não necessariamente significa que todo o sistema industrial de vapor será mais eficiente. Subestimar ou superestimar a demanda de vapor, má gestão do sistema e operar o sistema abaixo da eficiência ideal são fatores comuns na redução da eficiência geral.

Quase uma década atrás, o relatório da Organização das Nações Unidas para o Desenvolvimento Industrial (UNIDO) analisou os potenciais de eficiência energética para sistemas industriais de vapor.⁷ O objetivo era demonstrar quais medidas de eficiência eram custo-efetivas e estimar seu valor. A China foi escolhida como caso de teste.

Sete especialistas em vapor dos EUA, Europa e China foram consultados para determinar quais medidas comuns de eficiência energética deveriam ser incluídas, suas economias de energia e o custo de implementá-las. Ao contrário de muitos países, o padrão de consumo de energia da China é dominado pelo setor industrial. Em 2019, a manufatura representou cerca de 55% do consumo total de energia da China, e 59,6% da energia do setor de manufatura veio do carvão.⁸ Concordando em nove medidas tecnicamente viáveis, os especialistas constataram que todas, exceto duas, seriam custo-efetivas, potencialmente levando a uma redução anual de emissões de CO2 de 201,23 MtCO2. Considerar todas as medidas resultaria em um potencial total técnico de economia de combustível de cerca de 26% do combustível total usado para gerar vapor. Essa economia de combustível foi maior do que o uso de energia primária de mais de 160 países do mundo. Esta tabela lista as nove medidas de eficiência de sistemas de vapor, com valores selecionados: Economia anual cumulativa de combustível e redução de emissões de CO₂, melhoria percentual de eficiência e potencial vitalício para medidas de eficiência de sistemas industriais de vapor na China classificadas por seu CCE final (custo de energia conservada)

Volte àquele prazo de sete anos para fazer progresso real em direção à emissão zero, e a vida útil dessas medidas mostra como otimizar sistemas de vapor pode fazer uma diferença real. Embora qualquer melhoria individual claramente teria um impacto, é quando todo o sistema é otimizado que os benefícios se tornam significativos.

A maioria dessas medidas é adequada para todos os sistemas de vapor, qualquer que seja o meio de geração. A principal variável será claramente o impacto nas emissões de CO2. Reconhecendo a necessidade de energia mais limpa, o Presidente chinês Xi Jinping declarou que o país será carbono neutro até 2060. Ele já é o maior investidor do mundo na transição para energia limpa, comprometendo 266 bilhões de dólares em 2021, mais de um terço do total global (755 bilhões de dólares). Mas, com a vida útil média de uma caldeira de vapor sendo de mais de 30 anos, afastar-se dos combustíveis fósseis levará tempo. Ao focar no presente e garantir que todas as medidas de eficiência possíveis estejam sendo usadas, uma redução nas emissões está ao alcance.

Voltando àquelas estatísticas de energia que cobrimos no início deste artigo, e o desafio à frente para alcançar os objetivos de emissão zero, é útil ver como generalizações em torno de “eficiência” podem realmente se traduzir em ação.

Nenhuma dessas medidas está aguardando desenvolvimento. Todas são tecnicamente possíveis e, na maioria dos casos, custo-efetivas em um período de tempo relativamente curto. E, mais importante, elas colherão benefícios tangíveis enquanto as outras, tecnologias mais novas, ainda estão nos estágios iniciais de sua evolução. Desde que o relatório da UNIDO foi publicado, o potencial para otimizar sistemas de vapor também avançou. Agora, com a transformação digital sendo rapidamente adotada, nosso conhecimento de exatamente onde a otimização será mais eficaz é muito maior. É algo que o IPCC destacou em seu relatório este ano:

As tecnologias digitais podem contribuir para a mitigação das mudanças climáticas e a conquista de vários ODS (alta confiança). Por exemplo, sensores, internet das coisas, robótica e inteligência artificial podem melhorar o gerenciamento de energia em todos os setores, aumentar a eficiência energética e promover a adoção de muitas tecnologias de baixa emissão, incluindo energia renovável descentralizada, enquanto criam oportunidades econômicas (alta confiança).³

Onde a eficiência é considerada, cada país terá seus melhores desempenhos que marcam todas as caixas, e seus outliers, que nunca deram uma segunda chance à otimização. A probabilidade, porém, é que espaço para melhoria esteja sempre presente.

Usando os insights digitais mais recentes, nunca tivemos uma oportunidade melhor de obter uma avaliação técnica detalhada das oportunidades de eficiência energética do sistema de vapor. Tampouco as apostas já foram tão altas. Embora seja possível que veremos mais notícias desanimadoras sobre as mudanças climáticas, como Bill Gates disse certa vez, “más notícias são uma manchete, e a melhoria gradual não é.”

Fontes:

¹: Global CO2 emissions rebounded to their highest level in history in 2021 - News - IEA

²: Global CO2 emissions rose less than initially feared in 2022 as clean energy growth offset much of the impact of greater coal and oil use - News - IEA

³: https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg3/downloads/report/IPCC_AR6_WGIII_FullReport.pdf

⁴: IPCC releases ‘final warning’ to keep 1.5°C within reach - Science Based Targets

⁵: DOE Industrial Decarbonization Roadmap | Department of Energy

⁶: Energy Efficiency – Analysis - IEA

⁷: Energy Efficiency Potentials in Industrial Steam Systems in China (unido.org)

When the study was written, coal-fired boilers accounted for around 80-85%, oil- and gas-fired boilers around 15%, and boilers that used other fuels (e.g. electricity, biomass, etc.) less than 5% of the total boiler capacity in China.

⁸: How Is China’s Energy Footprint Changing? | ChinaPower Project (csis.org)

⁹: China - Countries & Regions - IEA