Decarbonizzazione: la strategia per le emissioni nette zero nelle industrie di processo
La decarbonizzazione non è più una scelta, ma la strategia per il futuro delle industrie di processo: mentre settori come quello chimico, siderurgico e Oil&Gas devono affrontare un percorso difficile verso le emissioni nette zero, ogni attività ha una grande opportunità per ridurre la propria impronta di carbonio
In breve
- Doppia sfida: le industrie di processo essenziali (ad esempio, chimica, siderurgica, cementifera, energetica) devono affrontare l'elevata intensità energetica delle loro attività insieme alle emissioni intrinseche dei processi.
- Quattro pilastri fondamentali: il raggiungimento dell'obiettivo zero emissioni nette si basa su una strategia chiara costruita attorno a quattro pilastri: ottimizzazione dei processi, combustibili puliti, energie rinnovabili ed economia circolare.
- Riduzione mirata: il successo inizia con la riduzione al minimo dei rifiuti e delle emissioni dirette, sfruttando tecnologie come il CCUS (Carbon Capture, Utilization and Storage, ovvero cattura, utilizzo e stoccaggio del carbonio).
- Passaggio all'energia pulita: una transizione necessaria comporta l'adozione di combustibili come l'idrogeno verde e l'integrazione di fonti di energia rinnovabile attraverso l'elettrificazione.
- Strategia graduale: l'implementazione dovrebbe seguire un approccio graduale per gestire il rischio, garantire un apprendimento continuo e creare slancio verso il successo della decarbonizzazione.
- Azione collettiva: accelerare la transizione richiede una forte collaborazione lungo tutta la catena del valore e lo sfruttamento delle competenze dei fornitori di strumentazione e tecnologia.
Che cos'è la decarbonizzazione?
La decarbonizzazione è il processo di riduzione dell'impatto ambientale delle emissioni di anidride carbonica nell'atmosfera. Si tratta di ridurre le emissioni, catturare il carbonio, ottimizzare l'efficienza dei processi e passare a fonti di combustibile alternative. Più che una tendenza, è una risposta fondamentale al cambiamento climatico, alimentato dalle emissioni di gas serra. Pertanto, anche se alcuni settori sono intrinsecamente più intensivi in termini di carbonio rispetto ad altri, ogni industria di processo ha il potenziale per una mitigazione significativa. Infatti, la decarbonizzazione industriale è diventata una questione importante in tutti i settori di attività
Le questioni relative all'inquinamento sono così urgenti da essere diventate una sfida globale cruciale che richiede azioni immediate e decisive per soddisfare gli imperativi ambientali legati al cambiamento climatico, compresi gli obiettivi di emissioni nette zero, fissati da un consenso internazionale come l'Accordo di Parigi. Siete pronti ad affrontare la sfida delle emissioni nette zero e a migliorare la riduzione dell'impronta di carbonio della vostra azienda? Questo articolo fa chiarezza sulla complessità della questione, illustrando i metodi pratici di decarbonizzazione e il ruolo fondamentale della tecnologia nelle industrie di processo.
In che modo i processi a più alta intensità di carbonio influiscono sugli obiettivi di decarbonizzazione industriale?
Sono numerosi i settori che, a causa dell’intensità di carbonio dei loro processi primari, si trovano ad affrontare sfide particolarmente impegnative nel perseguimento della decarbonizzazione e tra questi, in particolare, i seguenti:
- Prodotti chimici e raffinazione del petrolio: il processo di raffinazione - e soprattutto la produzione di idrogeno tramite reforming con vapore del metano (SMR) contenuto nel gas naturale - è una delle principali fonti di emissioni di anidride carbonica. Questo idrogeno è fondamentale per vari processi, inclusa l’idrogenazione che rimuove lo zolfo e altre impurità dai prodotti raffinati. Questo stesso processo viene utilizzato anche per la produzione dell'ammoniaca utilizzata nella sintesi dei fertilizzanti e per altri importanti processi produttivi.
- Produzione di cemento e calce: la produzione di cemento e calce prevede la calcinazione, un processo ad alta temperatura che rilascia anidride carbonica come sottoprodotto. L’uso prevalente di combustibili fossili, come carbone e coke di petrolio, aggrava l’impronta di carbonio di questi processi.
- Produzione di ferro e acciaio: la trasformazione del minerale di ferro in ferro e acciaio, strettamente vincolata ad altoforni e fornaci basiche a ossigeno, rilascia significative quantità di anidride carbonica. Ciò viene ulteriormente aggravato dall'alto consumo energetico dei processi successivi quali la colata continua, la laminazione a caldo e altre operazioni di formatura.
- Industria alimentare: coltivazione delle materie prime, approvvigionamento degli ingredienti, lavorazione, confezionamento e distribuzione sono tutte attività in cui il settore alimentare fa massiccio ricorso ai combustibili fossili, con un'importante impronta di carbonio complessiva.
Queste industrie sono fondamentali per la società moderna ma producono una parte significativa delle emissioni globali di gas serra. Solo negli Stati Uniti rappresentano oltre il 75% delle emissioni totali di anidride carbonica industriale.
Gestione delle sfide interconnesse poste dal consumo di energia e dalle emissioni di processo
La questione diventa ancora più complessa se si considera che molti di questi processi ad alta intensità di carbonio sono anche ad alto consumo di energia. Ciò crea una duplice sfida: ridurre le emissioni dei processi decarbonizzando, nel contempo, le fonti energetiche utilizzate per alimentarli.
Le raffinerie, ad esempio, richiedono enormi quantità di energia per processi come il cracking idrogenante, la distillazione atmosferica e il cracking catalitico. La dipendenza dai combustibili fossili dell'energia consumata da questi processi amplifica ulteriormente il loro impatto ambientale.
Le raffinerie moderne dispongono di molteplici opportunità di decarbonizzazione.
Per la produzione di cemento e calce si utilizzano massivamente fornaci rotative per il cosiddetto processo di calcinazione, in cui il calcare e altri minerali vengono riscaldati ad alta temperatura. Le quantità di anidride carbonica rilasciate sono significative e, in termini di efficienza, l’età di un impianto gioca un ruolo importante. Spesso, le installazioni più vecchie non dispongono di sistemi di preriscaldamento avanzati e ciò incide negativamente sul recupero di calore, sulla riduzione del consumo energetico e sull’efficienza del processo.
Per aumentare l'efficienza energetica dei cementifici, le materie prime possono essere preriscaldate prima di entrare nella fornace.
Anche i processi di produzione di ferro, acciaio e altri metalli hanno un importante fabbisogno di energia per il riscaldamento, la fusione e la formatura e ricorrono spesso a fonti energetiche basate su combustibili fossili come il gas naturale e il carbone. Per affrontare efficacemente queste sfide interconnesse e raggiungere l'obiettivo di "emissioni nette zero", le industrie di processo devono adottare una strategia di decarbonizzazione olistica, costruita su quattro pilastri che vanno esaminati con attenzione uno a uno.
Quattro pilastri per una solida strategia di decarbonizzazione
Strategia
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Riduzione delle emissioni
Il primo obiettivo è la minimizzazione o la completa eliminazione dell'emissione diretta di anidride carbonica derivante dagli scarti di processo. Ciò richiede spesso un cambio del paradigma operativo e l'adozione di tecnologie innovative. Generalmente, l’ottimizzazione dei processi implica la messa a punto delle operazioni esistenti per ridurre al minimo il consumo di energia e la produzione di scarti e rifiuti. Ciò può essere ottenuto attraverso sistemi avanzati di controllo dei processi, l'analisi dei dati e l'implementazione delle best-practice di utilizzo delle risorse. I dati necessari a tutto questo vengono forniti dalla strumentazione, esistente o integrata. Fondamentale è anche l’esplorazione e l’implementazione di tecnologie alternative a minore intensità di carbonio. Ciò può includere il passaggio, quando possibile, all'elettricità proveniente da fonti di energia rinnovabile, l'utilizzo di apparecchiature più efficienti e l'implementazione di tecnologie di cattura e sequestro del carbonio (CCUS) per le emissioni inevitabili. Lo scopo primario delle tecnologie CCUS consiste nel prevenire, ad esempio, il rilascio di anidride carbonica in atmosfera raccogliendo e sequestrando gli effluenti gassosi del processo. In alcuni casi, per ridurre significativamente le emissioni, potrebbe essere necessaria una riprogettazione radicale del processo. Ciò può comprendere il passaggio a metodi di produzione completamente nuovi, l’utilizzo di materie prime differenti o la ricerca di prodotti chimici alternativi in grado di minimizzare o impedire la generazione di anidride carbonica.
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Adozione di combustibili puliti
Il secondo pilastro consiste nell’abbandono dei combustibili fossili e nell’adozione di alternative più pulite - ad esempio l'idrogeno - per la generazione di energia, in modo da contribuire a decarbonizzare le industrie di processo. L’idrogeno verde viene prodotto per elettrolisi utilizzando fonti di energia rinnovabile e rappresenta una fonte di combustibile completamente priva di carbonio. Ha un immenso potenziale per diverse applicazioni dell'industria di processo perché, tra le altre cose, può sostituire il gas naturale nei processi ad alta temperatura ed essere utilizzato come materia prima per la produzione di sostanze chimiche e combustibili a basse emissioni di carbonio. Derivando da fonti rinnovabili come rifiuti agricoli, scarti di legno e altro materiale organico, i biocombustibili offrono un’alternativa più sostenibile rispetto ai combustibili fossili. Sebbene la loro combustione rilasci anidride carbonica, questi processi sono considerati a zero emissioni perché il carbonio è stato originariamente assorbito dall'atmosfera durante la crescita della materia prima.
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Decarbonizzazione dei consumi energetici
Il terzo pilastro è rappresentato dalla transizione a fonti energetiche più pulite per tutto ciò che riguarda il consumo di energia, dall’alimentazione di macchinari e attrezzature alla fornitura di calore per i vari processi. L'integrazione nel mix energetico delle fonti di energia rinnovabile — ad es. solare, eolica, idroelettrica e geotermica — è cruciale. Può consistere nella generazione sul posto attraverso parchi solari o turbine eoliche, nell’acquisto di energia rinnovabile dalle utility o nella partecipazione ad accordi di acquisto di energia rinnovabile. Dove possibile, anche l'elettrificazione — sostituendo i tradizionali processi basati sui combustibili fossili con alternative alimentate dall’elettricità — può ridurre significativamente le emissioni. Ciò è particolarmente rilevante nei settori del riscaldamento e dei trasporti, dove le alternative elettriche stanno diventando sempre più praticabili ed economicamente vantaggiose.
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Riduzione di sprechi e rifiuti a favore della circolarità e dell'efficienza
Il quarto pilastro consiste nel minimizzare sprechi e rifiuti durante l’intero processo produttivo, in modo da ridurre sia il consumo energetico che le emissioni. L'implementazione di sistemi avanzati di controllo dei processi e di analisi dei dati, basati sui dati forniti dalla strumentazione, può aiutare a identificare le inefficienze e ottimizzare i processi per tagliare alla fonte la generazione di rifiuti. I rifiuti, inoltre, possono essere convertiti in prodotti o materie prime utili per altre applicazioni, contribuendo alla creazione di un'economia circolare e riducendo il carico ambientale dei sottoprodotti. Adottando misure di questo genere, le organizzazioni favoriscono il passaggio dal modello lineare "take-make-dispose" ai principi dell’economia circolare che si basano sul riutilizzo, la riconversione e il mantenimento delle risorse in circolazione il più a lungo possibile. Questa filosofia è indispensabile per garantire la sostenibilità a lungo termine.
Riduzione al minimo delle emissioni di carbonio attraverso l'ottimizzazione dei processi
Il percorso verso la decarbonizzazione delle industrie di processo complesse può essere affrontato al meglio con un approccio graduale, concentrandosi sul raggiungimento di miglioramenti incrementali ma di grande impatto nel tempo. Ciò permette di contare sui seguenti vantaggi:
- Un processo continuo di apprendimento e ottimizzazione, in cui ogni fase fornisce dati e informazioni utili a perfezionare le strategie successive. Ciò assicura il miglioramento continuo e l’ottimizzazione degli sforzi di decarbonizzazione.
- Investimenti gestibili e mitigazione dei rischi, per l'allocazione strategica degli investimenti e la minimizzazione dei rischi finanziari associati a tecnologie su larga scala non collaudate.
- Imprimere slancio dimostrando i progressi. Il successo durante le fasi iniziali rafforza la fiducia interna ed esterna, attirando altri investimenti e accelerando la transizione verso un futuro a "emissioni nette zero".
Molte delle aziende che adottano misure per la decarbonizzazione stanno attualmente sfruttando alternative a basse emissioni di carbonio ovvero i cosiddetti combustibili di transizione come, ad esempio, il gas naturale. Durante la combustione, il gas naturale emette circa la metà dell’anidride carbonica del carbone e può essere facilmente trasportato come gas naturale liquefatto (GNL) per consentire a regioni prive di risorse native di passare a fonti energetiche completamente decarbonizzate.
Collaborazione e progresso tecnologico per accelerare la transizione
La decarbonizzazione delle industrie di processo non può essere affidata a singole iniziative ma implica un impegno collettivo che richiede collaborazione e condivisione delle conoscenze tra settori, catene del valore e fornitori di tecnologia. Un'aperta collaborazione su strategie di successo, problematiche incontrate e lezioni apprese può accelerare il progresso e ispirare l’innovazione in tutto il settore.
Approfondimenti
La decarbonizzazione delle industrie di processo non può essere affidata a singole iniziative ma implica un impegno collettivo che richiede collaborazione e condivisione delle conoscenze tra settori, catene del valore e fornitori di tecnologia.
Inoltre, il coinvolgimento di fornitori e clienti per promuovere pratiche sostenibili e ridurre le emissioni lungo l’intera catena del valore è fondamentale per raggiungere una completa decarbonizzazione. Per accelerare l’implementazione strategica della decarbonizzazione, gli operatori del settore dovrebbero sfruttare le competenze e le soluzioni innovative delle aziende tecnologiche specializzate in automazione, strumentazione, analisi dei dati, energie rinnovabili e ottimizzazione dei processi.
Disponendo di strumenti tecnologicamente avanzati, soluzioni di connettività degli impianti, informazioni basate sui dati e una profonda comprensione dei processi industriali, società come Endress+Hauser svolgono un ruolo fondamentale nell'aiutare le aziende a ottimizzare le operazioni, ridurre l'impatto ambientale e raggiungere ambiziosi obiettivi di sostenibilità.
Un impegno collettivo per un futuro sostenibile
La decarbonizzazione dell’economia globale e, in particolare, quella delle industrie di processo, è un compito colossale ma anche un obiettivo raggiungibile che, nel tempo, avrà significativi impatti positivi. Anche se, per alcuni processi, non è realistico pensare a una decarbonizzazione completa e immediata, il miglioramento continuo, l’innovazione e la collaborazione apriranno la strada a un futuro più pulito e sostenibile.
Il percorso verso "emissioni nette zero" si basa su un approccio articolato: ridurre al minimo gli sprechi di processo, adottare combustibili puliti, passare a fonti di energia rinnovabili e adottare pratiche di economia circolare per ridurre i rifiuti. Agendo in base a questi quattro pilastri — e sfruttando il potere della tecnologia, dell’azione collettiva e dell’apprendimento continuo — le industrie di processo possono seguire il percorso di decarbonizzazione e raggiungere l'obiettivo "emissioni nette zero", assicurando un ambiente più sostenibile alle prossime generazioni.
