بخار کربن‌زدایی‌شده، انقلاب دوم صنعتی است

فاطمه لطفی برگرفته از اکونومیست
بخار کربن‌زدایی‌شده، انقلاب دوم صنعتی است


باسف (Basf) متخصص تجارت مولکول است. این شرکت به عنوان بزرگترین شرکت شیمیایی جهان، با فعالیت در بیش از 90 کشور، کلی مولکول تولید می‌کند. این مولکول‌هایی که باسف تولید می‌کند حاوی اتم‌های کربن هستند و این اتم‌های کربن از سوخت‌های فسیلی حاصل می‌آیند. ساخت آنها به دماهای بالا نیاز دارد، و این دمای بالا از سوزاندن سوخت‌های فسیلی حاصل می‌شود. تا همین اواخر، کارخانه عظیم باسف در لودویگشافن آلمان، چهار درصد از کل مصرف گاز طبیعی این کشور را به خود اختصاص می‌داد. خرد متعارف می‌گوید که چنین شرکتی واقعا نمی‌تواند امیدوار باشد که تعداد مولکول‌های دی‌اکسید‌کربن را که در مسیر تولید خود ایجاد می‌کند به‌اندازه کافی کاهش دهد. کربن‌زدایی از طریق جمع‌آوری این مولکول‌ها و ذخیره آنها در زیر زمین امکان‌پذیر است، فرآیندی که به عنوان جذب و ذخیره کربن (CCS) شناخته می‌شود. همان حکمت مرسوم معتقد است که اگر باسف هم‌قسم شده باشد که برای ایجاد گرما تنها مولکول‌های گاز را خواهد سوزاند، در این صورت جایگزین سبز برای آن سوزاندن مولکول‌های هیدروژن است. این مولکول‌ها نیز باید در فرآیندی پر انرژی ساخته شوند. به همین دلیل است که اعلامیه اخیر مارتین برودرمولر، رئیس باسف، مبنی بر اینکه «کربن‌زدایی از صنایع انرژی‌بر تنها از طریق برق‌رسانی ممکن است»، برای بسیاری چون بدعتی عجیب به نظر می‌رسد. الکتریسیته برای خانه‌ها و روشنایی و شاید حتی برای اتومبیل‌ها است، اما نه برای صنایع سنگینی که برای سوزاندن مقادیر بسیار زیاد سوخت فسیلی ساخته شده‌اند. اما دکتر برودرمولر در این تفکر تنها نیست.
باسف به کنسرسیومی از جمله سابیک، شرکت شیمیایی عربستان سعودی، و لینده، شرکت مهندسی اروپایی، پیوسته است تا کوره الکتریکی ایجاد کند که بتواند گرمای کافی برای واکنش‌های شیمیایی مورد نیاز خود را تولید کند. این شرکت‌ها تنها شرکت‌هایی نیستند که اخیرا مشغول برقی‌سازی صنعت شده‌اند. در هشتم فوریه، ریوتینتو و بی‌اچ‌پی، دو غول معدنی، از تلاش‌های مشترک برای ساخت اولین کارخانه ذوب الکتریکی برای سنگ آهن در استرالیا پرده برداشته‌اند. فورتسکیو متال، دیگر غول معدنی، بیل مکانیکی و کامیون‌های معدنی تمام الکتریکی را معرفی کرده، و گروه روکای اسپانیا به تازگی از اولین کوره تونل صنعتی برقی برای تولید سرامیک رونمایی کرده است. چنین نوآوری‌هایی مسیر جدیدی را برای کاهش گرمایش جهانی پیش پا نهاده که ممکن است در بسیاری از موارد سریع‌تر و آسان‌تر از رویکردهای مبتنی بر جذب و ذخیره‌سازی کربن و استفاده از هیدروژن باشد.

شکست صنعتی
به گفته آژانس بین‌المللی انرژی، صنایع یک سوم کل انرژی جهان را مصرف می‌کنند، تولید گرما سه چهارم این مصرف انرژی را تشکیل می‌دهد. نود درصد این گرما از سوزاندن سوخت‌های فسیلی حاصل می‌شود. همه اینها در مقایسه با تولید برق یا حمل‌ونقل، صنایع را به منبع بزرگ انتشار گازهای گلخانه‌ای تبدیل می‌کند. علاوه بر این، در حالی که به نظر می‌رسد انتشار دی‌اکسیدکربن ناشی از تولید برق به نقطه پیک خود رسیده و اگر تولید بیشتر خودروهای الکتریکی ادامه یابد، احتمالا به زودی «رشد» انتشار گازهای گلخانه‌ای از حمل‌و‌نقل نیز متوقف می‌شود، پیش‌بینی می‌شود که انتشار گازهای گلخانه‌ای صنعتی به طور نامحدود به رشد خود ادامه دهد.

پیام
دولت‌ها در اقتصادهای پیشرفته، با آگاهی از این موضوع که انجام تعهداتشان برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای غیرممکن است، یارانه‌های هیدروژن و جذب و ذخیره‌سازی کربن را به‌عنوان فناوری‌هایی که احتمالا به کربن‌زدایی صنعتی کمک می‌کنند، در دستور کار قرار داده‌اند. با این حال تاکنون هیچ‌کدام به نتیجه دلخواه نرسیده است. در همین حال برقی‌سازی صنایع به دو دلیل مدت‌هاست که کنار گذاشته شده بود. ابتدا، بحث بر سر این بود که تولید گرما و بخار بسیار بالای مورد نیاز صنایع سنگین با برق، دشوار یا حداقل غیراقتصادی است. دوم، روش‌های استاندارد ساخت سیمان و فولاد به کربن نیاز دارند، به این معنی که انتشار دی‌اکسید‌کربن در هر صورت اجتناب‌ناپذیر است حتی اگر برق پاک جایگزین سوختن سوخت‌های فسیلی این صنایع شود. با این حال، شرکت مشاوره مک‌کینزی، پیش‌بینی کرده که اگر اتحادیه اروپا به اهداف صفر خالص خود پایبند باشد چهل وچهار درصد از کربن‌زدایی پیش‌بینی‌شده در اروپا تا سال 2050، از برق‌رسانی صنعتی حاصل می‌شود، یعنی بیش از دو برابر سهم هیدروژن و جذب و ذخیره‌سازی کربن. چرا مک‌کینزی نسبت به یک فناوری ناشناخته تا این حد خوش‌بین است؟
جفری ریسمن در کتاب جدیدی با عنوان «صنعت کربن صفر» می‌گوید که برق‌رسانی به دلایل متعددی دوباره توجهات را به خود جلب می‌کند. بدیهی است که به لطف کاهش قابل توجه هزینه برق بادی و خورشیدی، برق سبز بسیار ارزان‌تر و در دسترس‌تر شده است. عامل دیگر افزایش نگرانی‌ها در مورد اتکا به گاز طبیعی است که به مدد شوک قیمت جهانی پس از حمله روسیه به اوکراین رخ داد. به عنوان مثال، عرضه گاز در آلمان به قدری کم شد که دولت تصمیم گرفت گاز انتقالی به صنایعی چون باسف را جیره‌بندی کند. اما بهترین دلیل برای تجدید نظر درباره گاز، نوآوری است. گرم‌کردن همه چیز با برق کار سختی نیست. مثلا در یک کتری برقی این مقیاس‌های فنی را در نظر بگیرید: اگر ده برابر آب جوش می‌خواهید، ده کتری یا یک کتری بزرگتر تهیه کنید. اما اگر می‌خواهید به جای 100 درجه سانتی‌گراد به 1000 درجه سانتی‌گراد برسید، تا همین اواخر گزینه‌های برقی کمی وجود داشت. اما اکنون وضعیت در حال تغییر است.

مسیر برقی
برای دماهای تا 200 درجه سانتیگراد، فناوری که بیشتر جلب‌توجه می‌کند، [به سادگی] کتری برقی نیست، بلکه پمپ حرارتی صنعتی است. پمپ‌های حرارتی مانند یخچال‌ها گرما را از مکانی به مکان دیگر منتقل می‌کنند. در یخچال حرارت از داخل یخچال به خارج آن منتقل می‌شود (با خنک نگه‌داشتن محتویات و اما آشپزخانه را کمی گرم می‌کند). پمپ‌های حرارتی که این‌روزها برای گرمایش خانگی رایج شده‌اند، گرما را از بیرون می‌گیرند و به داخل منتقل می‌کنند. از آنجایی که مقدار انرژی مورد نیاز برای انتقال گرما از این طریق کمتر از مقدار مورد نیاز برای گرم کردن مستقیم چیزها است، این نوع حرارت دهی می‌تواند باعث صرفه‌جویی زیادی در انرژی شود و با پیشرفت تکنولوژی و افزایش فروش این تکنولوژی، قیمت‌ها کاهش می‌یابد. برخی از شرکت‌ها به این می‌اندیشند که آنچه در خانه می‌تواند کارآمد باشد در کارخانه نیز امکان بهره‌بردن از آن وجود دارد. یکی این شرکت‌ها، آتموس‌زیرو است، استارت‌آپی که هدف آن کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در نیوبلژیک بروینگ، یک آبجوساز آمریکایی است. آتموس‌زیرو در حال نصب یک پمپ حرارتی است که به زودی جایگزین یکی از دیگ‌های گازسوز کارخانه آبجوسازی نیوبلژیک در فورت کالینز کلرادو می‌شود. نیو‌بلژیک مانند بسیاری از شرکت‌های صنعتی در 150 سال گذشته، برای تولید بخار سوخت فسیلی می‌سوزاند تا مواد لازم برای تولید آبجو را گرم ‌کند. پمپ حرارتی آتموس‌زیرو این امکان را فراهم ساخته تا بخار را بدون سوزاندن سوخت فسیلی تولید کند. از آنجایی که برق مورد استفاده برای راه‌اندازی پمپ در آینده برق تجدیدپذیر خواهد بود، بیشتر انتشار گازهای گلخانه‌ای از فرآیند تولید حذف می‌شود. این تکنولوژی کارآمدتر هم است و به طور کلی انرژی کمتری مصرف می‌کند. و از آنجا که پمپ حرارتی درست مانند دیگ‌های معمولی گرما را به آب منتقل می‌‌کند، تجهیزات مورد نیاز را می‌توان بدون نیاز به تعمیرات اساسی در کارخانه‌های فعلی نیوبلژیک نصب کرد.
چنین پمپ‌های حرارتی امکان برق‌رسانی را به مجموعه وسیعی از فرآیندهای صنعتی که به گرمای کمتر از 200 درجه سانتیگراد نیاز دارند فراهم می‌آورند و جایگزین خشک‌کن‌ها، دستگاه‌های ثابت، اجاق‌ها و دیگ‌های بخار با سوخت فسیلی می‌شوند. استفاده از برق برای راه‌اندازی یک پمپ حرارتی چندین برابر کارآمدتر از استفاده از گاز طبیعی برای گرم کردن دیگ بخار است. در مقابل، استفاده از هیدروژن کارایی کمتری دارد، زیرا ساخت هیدروژن با تفکیک مولکول‌های آب از طریق هیدرولیز با انرژی الکتریکی سبز، اگرچه بدون انتشارات است اما حداقل ۲۰ درصد از انرژی را خود مصرف می‌کند .


نرخ تسعیر ارز جهت محاسبه قیمت خوراک



پمپ‌های حرارتی صنعتی در اروپا و ژاپن به دلیل یارانه‌هایی که دارند و نسبت بالای قیمت گاز به قیمت برق فراگیر شده‌اند. شرکت بزرگ صنعتی ژاپنی کوبه استیل، پمپ‌های حرارتی تجاری می‌فروشد که قادر به تولید بخار با فشار بالا در دمای 165 درجه سانتیگراد بسیار کارآمد هستند. استارت‌آپ نروژی هیتن، با سرمایه‌گذاری غول نفتی بریتانیایی شل، پمپ حرارتی بادوام و با تعمیرات کم تولید کرده که می‌تواند گرمای تلف شده صنعتی را برای رسیدن به دمای 200 درجه سانتی‌گراد استفاده کند. این تکنولوژی برای صنایع از داروسازی گرفته تا نساجی که نیاز به گرمای متوسط دارند جذاب است. حتی در کشورهای در حال توسعه آسیا، با وجود فراوانی زغال‌سنگ ارزان و فقدان تخصیص یارانه‌ در منطقه که رقابت تکنولوژی‌هایی چون پمپ‌های حرارتی را سخت‌تر می‌کند، برقی‌سازی صنایعی که به مقدار متوسطی گرما نیاز دارند، توسعه یافته است. اندیشکده آر‌ام‌آی، محاسبه کرده است که حدود چهار پنجم روند افزایش برق‌رسانی صنعتی در سطح جهان از سال 2014 در صنایع سبک چین اتفاق افتاده است. آژانس بین‌المللی انرژی پیش‌بینی کرده که سهم حرارت مصرفی در صنعت که با برق تولید می‌شود از چهار درصد سال 2022 به تقریبا یازده درصد در سال 2028 افزایش خواهد یافت. چین تقریبا نیمی از این رشد را به خود اختصاص داده و استفاده از برق تجدیدپذیر برای تولید حرارت صنعتی را بیش از پنج برابر افزایش خواهد داد.
در آمریکا، اگرچه گاز طبیعی نسبتا ارزان است اما راه‌حل‌های برقی‌سازی صنایع در حال گسترش هستند. مطالعه‌ای که در ژانویه توسط کنسرسیوم صنعتی Renewable Thermal Collaborative (rtc)، منتشر شد، نشان می‌دهد که برای رسیدن به دمای کمتر از 130 درجه سانتیگراد، راه‌اندازی پمپ حرارتی بیشتر از کوره گازسوز هزینه ندارد. این امر باعث می‌شود پمپ‌های حرارتی در 29 درصد موارد حرارتی مورد نیاز صنایع، بدون هیچ گونه یارانه یا پیشرفت تکنولوژیکی، رقابتی باشند. آرتی‌سی انتظار دارد تا سال 2030 پمپ‌های حرارتی برای دمای 200 درجه سانتی‌گراد رقابتی شوند. هارالد بائر از مک کینزی می‌گوید که به مرور زمان، پمپ‌های حرارتی می‌توانند دمای 500 درجه سانتی گراد را هم تولید کنند. با این حال، در حال حاضر، تولید دمای بالاتر نیاز به فناوری متفاوتی دارد. جان اودانل، رئیس راندو انرژی، استارتاپی که «ذخیره‌سازی حرارتی» را توسعه می‌دهد، می‌گوید «شما همینجا به آینده زیرساخت‌های انرژی صنعتی نگاه می‌کنید! در نگاه اول، آینده چندان قابل توجه به نظر نمی‌رسد». هدف او چیزی شبیه جعبه فلزی بزرگ است. این تکنولوژی عمدتا از آجر استفاده می‌کند. سیم‌ها تا دمای بیش از 1000 درجه سانتی‌گراد از برق برای گرم‌کردن آجرها استفاده می‌کنند، درست مانند توستر که نان گرم می‌کند. آجرها، به کمک عایق از تلفات گرما از تلفات گرما جلوگیری می‌کنند. در صورت نیاز، گرما را می‌توان در مقادیر کنترل شده در دماهای متغیر آزاد کرد. هوا از طریق کانال‌های موجود در آجرها دمیده می‌شود و گرما را انتقال می‌دهد. حتی اگر چنین فناوری‌هایی کارآمد باشند بازهم برقی‌ساز صنایع فرایندی زمان‌بر است. فردریک گودمل از اشنایدر الکتریک، تولیدکننده بزرگ فرانسوی تجهیزات صنعتی، بر این باور است که فناوری‌های موجود در تئوری می‌توانند 30 تا 50 درصد صنایع سنگین را برق‌رسانی کنند. با این حال، در عمل، او بر این باور است که اکنون فقط ده درصد صنایع توانسته‌اند به این مرحله برسند. به این دلیل که حتی زمانی که فناوری‌های برقی در درازمدت با تجهیزات موجود رقابت می‌کند هم روسای کارخانه‌ها اغلب در برابر تعویض انرژی فسیلی با برقی مقاومت می‌کنند، زیرا هزینه‌های اولیه آن بالاست، توقف‌های مخرب دارد، و آموزش آن سخت است. بدیهی است قیمت گذاری کربن یا سایر مشوق‌ها برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک خواهد کرد. ادیسون استارک، مدیر اجرایی آتموس‌زیرو، می‌گوید شرکت او صراحتا مجبور شده بر مخالفت‌های مدیران با طراحی دیگ‌های برقی غلبه کند. او می‌گوید: «نیروی بخار اولین انقلاب صنعتی را قوت بخشید، و بخار کربن‌زدایی‌شده، انقلاب بعدی را تامین می‌کند».
یکی از نشانه‌هایی که برق‌سازی ممکن است کارکرد خود را بیابد، علاقه‌ای است که شرکت‌های نفت و گاز به این فناوری نشان داده‌اند. شرکت نفت دولتی اکوینور نروژ، مدت‌هاست که شروع به برق‌رسانی به سکوهای دریایی خود کرده تا انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از پمپاژ نفت را کاهش دهد. کارآمدترین عملیات دریایی آن کمتر از 1 کیلوگرم دی‌اکسید کربن به ازای هر بشکه نفت تولید شده (یا برای مقدار معادل گاز) در مقایسه با میانگین جهانی 15 کیلوگرم در هر بشکه منتشر می‌کند. شرکت‌های نفتی حفاری در حوضه پرمین آمریکا، تحت فشار رگلاتورها برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، میلیاردها دلار برای جایگزینی تجهیزات معمولی مستعد نشت متان با جایگزین‌های الکتریکی هزینه می‌کنند. اگر حتی دشمنان طبیعی برقی‌سازی می‌توانند ارزش آن را درک کنند، چشم‌انداز آن باید مناسب باشد.

 
۱۸ اردیبهشت ۱۴۰۳ ۱۶:۱۳
ماهنامه دنیای انرژی شماره 57 |
تعداد بازدید : ۴۱