Blog | Khử carbon công nghiệp | Con đường dẫn đến hơi nước khử

Trọng tâm của chúng tôi thường có vẻ tập trung vào tối ưu hóa. Làm cho hệ thống hơi nước hiệu quả nhất có thể vẫn là một phần cơ bản trong hoạt động kinh doanh của chúng tôi, và sẽ tiếp tục như vậy. Những lý do khiến điều này hợp lý sẽ không biến mất khi việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch chấm dứt.

Bất kể ngành công nghiệp nào quyết định đi theo con đường nào trên lộ trình khử carbon, tối đa hóa hiệu quả sẽ luôn là bước đầu tiên quan trọng. Cải thiện cách thức tạo ra, cung cấp và tiêu thụ nhiệt không chỉ giảm chi phí năng lượng ngay bây giờ, mà còn tạo nền tảng cho các phần tiếp theo của hành trình. Nhưng việc loại bỏ nhiên liệu phát thải carbon là mục tiêu cuối cùng - khử carbon. Rủi ro cao, và thách thức là đáng kể. Năng lượng nhiệt rất quan trọng đối với nhiều ngành công nghiệp, và với nhiều cách sử dụng khác nhau, không có một con đường duy nhất để đạt mục tiêu phát thải ròng bằng không. Nhiệt chịu trách nhiệm cho hai phần ba tổng nhu cầu năng lượng trong công nghiệp ở Mỹ, nhưng chỉ 10% trong số này đến từ các nguồn tái tạo. Ở Anh, câu chuyện tương tự; 70% nhu cầu năng lượng công nghiệp Anh là cho nhiệt.

Tại sao hơi nước vẫn giữ vị trí hàng đầu

Hơi nước trở nên phổ biến như thế nào trong mọi loại hình công nghiệp không phải là câu hỏi. Đó là vấn đề vật lý; hay chính xác hơn, là nhiệt động lực học. Khả năng truyền năng lượng nhiệt của hơi nước đến nơi cần thiết không gì sánh được. Sự dễ dàng tương đối mà nó có thể di chuyển qua khoảng cách - thậm chí hàng dặm trong nhà máy lớn - có nghĩa là nó cũng là một môi trường truyền tải vô cùng hiệu quả. Các ngành công nghiệp không đưa ra quyết định nhẹ nhàng; nếu họ sử dụng hơi nước, đó là vì chưa tìm thấy giải pháp thay thế tốt hơn.

Thực tế, bản thân hơi nước không cần phải khử carbon. Như chúng tôi đã từ lâu ủng hộ, hơi nước là công nghệ tự nhiên hoạt động tốt nhất. Vấn đề đến từ cách chúng ta tạo ra nó ngay từ đầu. Đây là một sự phân biệt quan trọng, vì thường hơi nước bị gộp chung với nhiên liệu hóa thạch đã được sử dụng truyền thống để tạo ra nó - khí, dầu và than. Bây giờ chúng ta biết rằng các nguồn năng lượng này đang gây hại cho hành tinh bằng cách nâng mức khí nhà kính lên mức có hại. Hơi nước thì không; nó không phải là nguồn năng lượng, nó là môi trường truyền năng lượng. Đối với vô số ngành công nghiệp cần hơi nước để hoạt động ở mức sản lượng và hiệu quả mà tất cả chúng ta đều quen thuộc, đó là tin tốt. Chúng ta chỉ cần đi tiếp trên con đường khử carbon hóa quá trình sản xuất hơi nước.

Giống như bánh xe, hơi nước không cần phát minh lại

Hãy nhớ lại vài năm trước, và nghĩ xem bao nhiêu xe điện (EV) bạn thấy hàng ngày. Rất ít, với động cơ đốt trong, chạy bằng xăng hoặc dầu diesel, hoàn toàn chiếm ưu thế. Sau đó, vào năm 2003, Tesla xuất hiện và không ngừng quảng bá lời hứa về xe điện. Những tiến bộ trong công nghệ pin, và cuối cùng là các mẫu xe giá cả phải chăng hơn, đã tăng sự chấp nhận các lựa chọn khử carbon. Ngày nay, doanh số xe điện đang tăng theo cấp số nhân, mặc dù từ một cơ sở rất nhỏ.

Nhưng một điều đã không thay đổi; chúng vẫn dựa vào bánh xe. Vật lý đằng sau một trục kết hợp với bánh xe không thay đổi nhiều trong hơn 6.000 năm, nhưng phương thức cung cấp năng lượng thì có. Và, giống như bánh xe, hoàn toàn có thể giữ lại tất cả những lợi ích mà hơi nước mang lại bằng cách thay đổi cách nó được tạo ra.

Năm lộ trình chính dẫn đến hơi nước khử carbon

Bản chất linh hoạt của việc sử dụng hơi nước trong công nghiệp có nghĩa là mỗi ngành sẽ cần chọn lộ trình riêng để khử carbon. Nó thậm chí có thể không theo một lộ trình tuyến tính A-Z; nhiều khả năng sẽ có các biện pháp khác nhau có thể được sử dụng để đạt mục tiêu cuối cùng.

Nhưng, nếu hơi nước vẫn được coi là phần quan trọng trong hoạt động của ngành đó, tại một thời điểm nào đó, tìm cách sử dụng nó mà không dẫn đến phát thải carbon (hoặc giảm thiểu đáng kể) là rất quan trọng. Hiện tại, có năm ứng viên chính để đáp ứng thách thức này.

Điện hóa

Sử dụng điện được tạo ra từ các nguồn tái tạo, hoặc năng lượng hạt nhân, được gọi là ‘điện có lợi’ là ứng viên hàng đầu. Có nhiều lý do cho điều này. Đầu tiên là nó là công nghệ đã được thử nghiệm, với các lò hơi điện có thể chuyển đổi điện thành nhiệt với hiệu quả gần 100% với tổn thất bức xạ tối thiểu từ bề mặt lò hơi. Sau đó là chi phí đầu tư có thể hấp dẫn, với một nghiên cứu phát hiện lò hơi điện rẻ hơn gần 40% so với lò hơi đốt khí tự nhiên tương đương.¹

Những điểm tích cực hơn nữa là không cần thay đổi trong các quy trình sử dụng cuối, chỉ trong chính phòng lò hơi. Có các lựa chọn để điện hóa các phần khác của quy trình công nghiệp, nhưng những lựa chọn này thường cần thay đổi quy trình sản xuất và công nghệ hiện có. Rào cản chính để thấy sự chấp nhận tăng lên của lựa chọn này là điện vẫn tương đối đắt hơn so với nhiên liệu hóa thạch. Ngay cả khi giảm, như có thể xảy ra khi năng lượng tái tạo tăng tỷ trọng trong sản xuất điện, lưới điện sẽ cần được mở rộng để cung cấp cho nhu cầu tăng vọt. Đó là lý do tại sao dự kiến phát thải CO2 sẽ tăng tạm thời, trong khi ngành sản xuất và phân phối điện bắt kịp với sự chuyển đổi.

Sinh khối

Nếu được sản xuất bền vững, sinh khối là triển vọng hứa hẹn để thay thế nhiên liệu hóa thạch trong một số ngành, mặc dù carbon vẫn có thể được phát thải từ quá trình đốt, ở mức thấp hơn so với nhiên liệu hóa thạch. Ở Đan Mạch, chẳng hạn, một công ty năng lượng đã hoàn toàn khử carbon hóa quá trình sản xuất nhiệt, bao gồm cung cấp hơi nước cho công nghiệp, bằng cách sử dụng sinh khối thay vì than cho các đơn vị nhiệt điện kết hợp (CHP).

Hydro carbon thấp

Vẫn đang trong giai đoạn đầu, và vẫn tương đối đắt, hydro được coi là khả năng thực sự để thay thế nhiên liệu hóa thạch trong các quy trình nhiệt độ cao, và sẽ có thể tạo ra hơi nước ở bất kỳ nhiệt độ nào cần thiết. Vẫn có vấn đề trong việc phải thu giữ một số phát thải trong quá trình sản xuất và sử dụng, và việc kiểm soát đầu đốt không đơn giản.

Lưu trữ nhiệt

Lĩnh vực công nghệ sạch mới nổi này rất hứa hẹn, đặc biệt do tính chất gián đoạn của một số nguồn năng lượng tái tạo. Có thể thu giữ điện tái tạo dư thừa hoặc giá thấp bằng cách làm nóng môi trường lưu trữ lên đến nhiệt độ 400°C hiện cao hơn nhiều so với những gì đạt được bằng bơm nhiệt. Công việc cũng đang được thực hiện để thu giữ chính hơi nước trong thời gian ngắn, hữu ích khi nó không cần liên tục cho quy trình.

Thu giữ và lưu trữ carbon (CCS)

Một số ngành, do tính chất chuyên sâu của hoạt động, có thể tiếp tục cần nhiên liệu hóa thạch, ít nhất là một phần. Đôi khi điều này có thể để lấp đầy giai đoạn mà sản xuất không thể dừng lại, nhưng các giải pháp thay thế không carbon hoặc carbon thấp không có sẵn.

Hơi nước không đến vị trí thống trị như một phương tiện thiết yếu của nhiệt công nghiệp trong một sớm một chiều. Chúng ta cũng không cần giả định rằng chúng ta không thể tiếp tục tận dụng nhiều lợi ích của nó. Chương mới cho hơi nước khử carbon đang được mở ra. Ít hơn về việc từ bỏ những gì đã hoạt động tốt trong nhiều thập kỷ, và nhiều hơn về việc tái tưởng tượng nó cho tương lai. Với cam kết và đổi mới đúng đắn, các ngành công nghiệp có thể tiếp tục khai thác sức mạnh của hơi nước, nhưng theo cách phù hợp với cam kết toàn cầu hướng tới tương lai bền vững. Triển vọng có vẻ hứa hẹn, và với nỗ lực chung, một tương lai khử carbon không chỉ là khả năng, mà là một thực tế sắp xảy ra.