เส้นทางสู่ไอน้ำลดคาร์บอน

เนื้อหาของเรามักดูเหมือนเน้นที่การเพิ่มประสิทธิภาพ การทำให้ระบบไอน้ำมีประสิทธิภาพมากที่สุดยังคงเป็นส่วนพื้นฐานของธุรกิจของเรา และจะยังคงเป็นเช่นนั้นต่อไป เหตุผลที่สิ่งนี้สมเหตุสมผลจะไม่หายไปเมื่อการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลหายไป

ไม่ว่าเส้นทางที่อุตสาหกรรมตัดสินใจเดินตามบนถนนสู่การลดคาร์บอน มันจะเป็นขั้นตอนแรกที่สำคัญเสมอในการเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุด การปรับปรุงวิธีผลิต จัดส่ง และบริโภคความร้อนไม่เพียงลดค่าพลังงานตอนนี้ แต่ยังสร้างรากฐานสำหรับส่วนถัดไปของเส้นทาง แต่การกำจัดเชื้อเพลิงที่ปล่อยคาร์บอนเป็นเป้าหมายสูงสุด - การลดคาร์บอน เดิมพันสูง และความท้าทายมีนัยสำคัญ พลังงานความร้อนมีความสำคัญต่ออุตสาหกรรมมากมาย และด้วยวิธีการใช้ที่แตกต่างกันมาก จึงไม่มีเส้นทางเดียวสู่เป้าหมาย Net Zero ความร้อนรับผิดชอบต่อสองในสามของความต้องการพลังงานทั้งหมดในอุตสาหกรรมในสหรัฐอเมริกา แต่เพียง 10% มาจากแหล่งหมุนเวียน ในสหราชอาณาจักร เป็นเรื่องราวคล้ายกัน 70% ของความต้องการพลังงานอุตสาหกรรมในสหราชอาณาจักรเป็นความร้อน

วิธีที่ไอน้ำแพร่หลายในอุตสาหกรรมทุกประเภทไม่ใช่คำถาม มันเป็นเรื่องของฟิสิกส์ หรือแม่นยำกว่าคือ อุณหพลศาสตร์ ความสามารถของไอน้ำในการถ่ายเทพลังงานความร้อนไปยังที่ที่ต้องการไม่มีอะไรเทียบได้ ความง่ายที่สามารถเดินทางระยะทาง - แม้แต่หลายไมล์ในโรงงานใหญ่ - หมายความว่ามันเป็นสื่อกลางที่มีประสิทธิภาพอย่างยิ่ง อุตสาหกรรมไม่ตัดสินใจเบาๆ หากพวกเขาใช้ไอน้ำ เป็นเพราะยังไม่มีทางเลือกที่ดีกว่า

จริงๆ แล้ว ไม่ใช่ตัวไอน้ำที่ต้องการการลดคาร์บอน ตามที่เราได้สนับสนุนมานาน ไอน้ำเป็นเทคโนโลยีธรรมชาติที่ทำงานได้ดีที่สุด ปัญหามาจากวิธีที่เราผลิตมันตั้งแต่แรก มันเป็นความแตกต่างที่สำคัญ เพราะบ่อยครั้งไอน้ำถูกรวมเข้ากับเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ใช้เพื่อผลิตมัน - ก๊าซ น้ำมัน และถ่านหิน เรารู้ตอนนี้ว่าแหล่งพลังงานเหล่านี้กำลังทำร้ายโลกโดยยกระดับก๊าซเรือนกระจกจนถึงจุดที่เป็นอันตราย ไอน้ำไม่ได้ทำเช่นนั้น มันไม่ใช่แหล่งพลังงาน มันเป็นสื่อกลางการถ่ายเทพลังงาน สำหรับอุตสาหกรรมนับไม่ถ้วนที่ต้องการไอน้ำเพื่อดำเนินงานในระดับผลผลิตและประสิทธิภาพที่เราทุกคนเพลิดเพลิน นั่นเป็นข่าวดี เราแค่ต้องเดินตามเส้นทางสู่การลดคาร์บอนการผลิตไอน้ำ

ย้อนกลับไปไม่กี่ปี คิดว่าคุณเห็นรถยนต์ไฟฟ้า (EV) กี่คันต่อวัน น้อยมาก โดยเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้เบนซินหรือดีเซลครองตลาด จากนั้นในปี 2003 Tesla ปรากฏตัวและส่งเสริมสัญญาของรถยนต์ไฟฟ้าอย่างไม่เหน็ดเหนื่อย ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีแบตเตอรี และท้ายที่สุดโมเดลที่ราคาจับต้องได้มากขึ้น เพิ่มการยอมรับตัวเลือกที่ลดคาร์บอน วันนี้ ยอดขาย EV เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ แม้จากฐานที่เล็กมาก

แต่สิ่งหนึ่งไม่เปลี่ยน พวกมันยังคงพึ่งพาล้อ ฟิสิกส์เบื้องหลังเพลารวมกับล้อไม่เปลี่ยนมากนักในกว่า 6,000 ปี แต่แหล่งพลังงานเปลี่ยน และเช่นเดียวกับล้อ เป็นไปได้ทั้งหมดที่จะเก็บรักษาประโยชน์ทั้งหมดที่ไอน้ำนำเสนอโดยเปลี่ยนวิธีผลิต

ธรรมชาติที่หลากหลายของการใช้ไอน้ำในอุตสาหกรรมหมายความว่าทุกอุตสาหกรรมจะต้องเลือกเส้นทางของตัวเองสู่การลดคาร์บอน มันอาจไม่ใช่เส้นทางเชิงเส้น A-Z มีแนวโน้มมากกว่าที่จะมีมาตรการต่างๆ ที่สามารถใช้เพื่อบรรลุเป้าหมายสุดท้าย

แต่หากไอน้ำยังคงถือเป็นส่วนสำคัญของการดำเนินงานอุตสาหกรรมนั้น ณ จุดหนึ่ง การหาวิธีใช้มันที่ไม่ส่งผลให้เกิดการปล่อยคาร์บอน (หรือลดให้เหลือน้อยที่สุด) เป็นสิ่งสำคัญ ตอนนี้ มีผู้เข้าชิงหลักห้ารายเพื่อรับมือกับความท้าทายนี้

การใช้ไฟฟ้าที่ผลิตจากแหล่งหมุนเวียนหรือพลังงานนิวเคลียร์ ที่รู้จักกันในชื่อ ‘ไฟฟ้าที่เป็นประโยชน์’ เป็นตัวเต็ง มีเหตุผลหลายประการสำหรับสิ่งนี้ ประการแรกคือมันเป็นเทคโนโลยีที่ทดสอบแล้ว หม้อต้มไฟฟ้าสามารถแปลงไฟฟ้าเป็นความร้อนด้วยประสิทธิภาพเกือบ 100% ด้วยการสูญเสียรังสีน้อยที่สุดจากพื้นผิวหม้อต้ม จากนั้นมีต้นทุนทุนที่น่าดึงดูด โดยการศึกษาหนึ่งพบว่าหม้อต้มไฟฟ้าถูกกว่าหม้อต้มก๊าซธรรมชาติเทียบเท่าเกือบ 40%

ข้อดีเพิ่มเติมมาจากการไม่ต้องเปลี่ยนแปลงในกระบวนการใช้ปลายทาง เปลี่ยนเฉพาะในห้องหม้อต้มเท่านั้น มีตัวเลือกที่สามารถใช้ไฟฟ้ากับส่วนอื่นของกระบวนการอุตสาหกรรม แต่สิ่งเหล่านี้มักต้องการการเปลี่ยนแปลงในกระบวนการผลิตและเทคโนโลยีที่มีอยู่ อุปสรรคหลักในการเห็นการยอมรับที่เพิ่มขึ้นของตัวเลือกนี้คือไฟฟ้ายังคงแพงกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลเปรียบเทียบ แม้เมื่อราคาลดลง ตามที่มีแนวโน้มเมื่อแหล่งหมุนเวียนเพิ่มสัดส่วนในการผลิตไฟฟ้า โครงข่ายไฟฟ้าจะต้องขยายเพื่อจ่ายความต้องการที่เพิ่มขึ้น นั่นเป็นเหตุผลที่คาดว่าการปล่อย CO2 จะเพิ่มขึ้นชั่วคราว ในขณะที่อุตสาหกรรมผลิตและจ่ายไฟฟ้าตามการเปลี่ยนแปลง

หากผลิตอย่างยั่งยืน ชีวมวลเป็นโอกาสที่สดใสสำหรับการแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิลในบางอุตสาหกรรม แม้ว่าคาร์บอนอาจยังปล่อยจากการเผาไหม้ ในระดับที่ต่ำกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิล ในเดนมาร์ก ตัวอย่างเช่น บริษัทพลังงานหนึ่งได้ลดคาร์บอนการผลิตความร้อนจนเป็นศูนย์แล้ว รวมถึงการให้บริการไอน้ำสำหรับอุตสาหกรรม โดยใช้ชีวมวลแทนถ่านหินสำหรับหน่วยผลิตความร้อนและไฟฟ้าร่วม (CHP)

ยังอยู่ในขั้นเริ่มต้น และยังแพงเปรียบเทียบ ไฮโดรเจนถูกมองว่าเป็นความเป็นไปได้ที่แท้จริงในการแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิลในกระบวนการอุณหภูมิสูง และจะสามารถผลิตไอน้ำที่อุณหภูมิใดก็ตามที่ต้องการ ยังมีปัญหาในการต้องดักจับการปล่อยบางส่วนระหว่างการผลิตและการใช้งาน และการควบคุมหัวเผาไม่เรียบง่ายเท่า

เวทีเทคโนโลยีสะอาดที่เกิดขึ้นใหม่นี้มีความสดใสมาก โดยเฉพาะเมื่อพิจารณาธรรมชาติที่ไม่สม่ำเสมอของแหล่งพลังงานหมุนเวียนบางแหล่ง ความสามารถในการจับไฟฟ้าหมุนเวียนส่วนเกินหรือราคาถูกโดยอุ่นสื่อเก็บความร้อนให้อุณหภูมิสูงถึง 400 C ปัจจุบันสูงกว่าที่ทำได้ด้วยปั๊มความร้อนมาก งานยังดำเนินการเพื่อจับตัวไอน้ำเองสำหรับระยะสั้น มีประโยชน์ในที่ที่ไม่ต้องการอย่างต่อเนื่อง

บางอุตสาหกรรม เนื่องจากธรรมชาติที่เข้มข้นของการดำเนินงาน มีแนวโน้มที่จะต้องการเชื้อเพลิงฟอสซิลต่อไป อย่างน้อยบางส่วน บางครั้งอาจเพื่อเชื่อมช่วงที่การผลิตไม่สามารถหยุดได้ แต่ทางเลือกที่ปราศจากคาร์บอนหรือคาร์บอนต่ำกว่ายังไม่พร้อม

ไอน้ำไม่ได้มาถึงตำแหน่งที่โดดเด่นเป็นวิธีความร้อนอุตสาหกรรมที่ขาดไม่ได้ชั่วข้ามคืน เราก็ไม่จำเป็นต้องสันนิษฐานว่าเราไม่สามารถใช้ประโยชน์จากข้อดีมากมายของมันได้อีกต่อไป บทใหม่สำหรับไอน้ำลดคาร์บอนกำลังเปิดเผยอยู่แล้ว มันไม่ใช่เรื่องละทิ้งสิ่งที่ทำงานได้ดีมาหลายทศวรรษ แต่เป็นการคิดใหม่เพื่ออนาคต ด้วยความมุ่งมั่นและนวัตกรรมที่เหมาะสม อุตสาหกรรมสามารถใช้พลังของไอน้ำต่อไป แต่ในลักษณะที่สอดคล้องกับความมุ่งมั่นระดับโลกสู่อนาคตที่ยั่งยืน แนวโน้มดูสดใส และด้วยความพยายามร่วมกัน อนาคตที่ลดคาร์บอนไม่ใช่แค่ความเป็นไปได้ แต่เป็นความจริงที่ใกล้เข้ามา

แหล่งที่มา:

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