脱碳：过程行业的净零排放战略
脱碳不再是一种选择——它是过程行业未来的战略：尽管化工、钢铁、石油和天然气等行业面临艰难的净零排放之路，但每个运营环节都拥有减少碳足迹的重大机遇。
简述
- 双重挑战：基础过程行业（如化工、钢铁、水泥、电力）必须应对其运营的高能耗特性以及固有过程排放。
- 四大基石：实现净零排放有赖于围绕四大支柱构建的清晰战略：过程优化、清洁燃料、可再生能源和循环经济。
- 针对性减排：成功始于有效减少废弃物和直接排放，并利用CCUS（碳捕集、利用与封存）等技术。
- 向清洁能源转型：必要的转型包括采用绿色氢能等燃料，并通过电气化整合可再生能源。
- 分阶段策略：实施应遵循分阶段的方法，以管理风险、确保持续学习并积累脱碳成功的动力。
- 集体行动：加速转型需要整个价值链上的紧密协作，并充分利用仪表和技术供应商的专业知识。
什么是脱碳？
脱碳是减少二氧化碳排放对大气环境影响的过程。它涉及减排、碳捕获、优化生产效率，使用替代燃料。脱碳不仅仅是一种趋势，更是对由温室气体排放驱动的气候变化的关键回应。因此，尽管某些行业天生比其他行业碳密集度更高，但每个过程行业都具备有效减排的潜力。事实上，工业脱碳已成为所有商业领域的共同议题。
与污染相关的问题十分紧迫，它们已成为一项关键的全球挑战，需要立即采取果断行动，以应对与气候变化相关的环境要求，包括《巴黎协定》等国际共识所设定的净零排放目标。
准备好迎接净零排放的挑战，并进一步减少您公司的碳足迹了吗？本文剖析了其中的复杂性，向您展示实用的脱碳方法以及技术在过程行业中的重要作用。
碳密集型工艺过程如何影响工业脱碳目标的实现？
部分行业的关键生产工艺属于碳密集型过程，因此，在脱碳过程中需要应对专属挑战。这类行业包括：
- 化工和石油精炼：炼油过程会排放出大量二氧化碳，尤其是蒸汽甲烷重整制氢（SMR）过程。氢气对于各类生产工艺都至关重要，包括加氢处理，脱除油品中的硫和其他杂质。这一工艺还适用于化肥生产中的合成氨，以及其他重要生产过程。
- 水泥和石灰生产：水泥和石灰需要经过高温煅烧，会产生二氧化碳等副产品。生产过程普遍使用煤和石油焦等化石燃料，因而增加了碳足迹。
- 炼钢炼铁：铁矿石被转化为钢铁，冶炼过程需要使用鼓风炉和氧气炉，会排放出大量二氧化碳。连铸、热轧、成型等后续工序同样属于能源密集型工艺，进一步加剧了碳排放。
- 食品与饮料：从农作物和原料的采购，到加工、包装和分销，不同生产阶段都严重依赖化石燃料，导致行业的碳足迹增加。
上述行业构成了现代社会的基础，也是全球温室气体排放的主要源头。仅在美国，它们的占比已经超过工业二氧化碳排放总量的75%。
工业生产是全球温室气体的主要排放源。
深度分析
化工和石油、水泥和石灰、炼钢炼铁、食品与饮料行业的二氧化碳排放量超过工业总排放量的75%。
减少温室气体排放势在必行，直接关乎环境保护，对于企业履行环境、社会和治理 (ESG)责任，实现经济长期可持续发展也至关重要。
应对能源使用量和生产排放的双重挑战
许多碳密集型工艺同时也是能源密集型过程，进一步增大了复杂度。这就带来了双重挑战：既要减少生产过程自身的排放，又要使用无碳能源。
以炼油厂为例，加氢裂化、常压蒸馏和催化裂化等工艺需要使用大量能源。能源需求对化石燃料的依赖进一步加剧了生产过程对环境的影响。
现代化炼油厂的脱碳潜能。
水泥和石灰生产离不开回转窑煅烧，石灰石和其他矿物在烧窑中被加热至高温。过程中会排放大量二氧化碳，回转窑的使用年限直接关乎燃烧效率。通常，老旧设备没有配备先进的预热系统，热效率较低，降低了整体能效和生产效率。
将预热后的水泥生料送入回转窑中，以提高能效。
在钢、铁和其他金属的生产过程中，加热、熔融和成型工艺同样需要耗费大量能源，一般使用天然气和煤等化石燃料。为了有效应对错综复杂的挑战，流程工业必须从四个基本点着手制定全面脱碳战略，每个基本点都有助于实现净零运营目标。
强大脱碳战略的四个基本途径
战略
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通过工艺优化有效减少碳排放
第一个基本点是尽可能减少副产品二氧化碳的排放，或实现零碳排放。往往需要转变运营模式，采用创新技术。常见的过程优化方法包括微调现有操作流程，尽量降低能耗，减少生产废物。安装先进的过程控制系统，进行数据分析，优化资源利用。基于现有或新安装仪表提供的基础数据进行分析。寻找并采用较低碳密集型的替代技术。如果条件允许，替换使用可再生的电气化能源，安装使用更高效的设备，采用碳捕集、利用与封存（CCUS）技术，减少碳排放。CCUS的主要目的是收集并储存过程废气，防止二氧化碳排放至大气环境中。某些情况下，可能需要全面重新设计工艺，才能实现大幅减排的效果。替换使用全新的生产方法，采用不同的原材料，或者寻找替代化学方法，尽可能减少或完全消除二氧化碳排放。
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选用清洁燃料
第二个基本点是淘汰化石燃料，使用氢能等更清洁的替代能源，助力达成工业脱碳目标。绿氢通过可再生能源电解制备，是一种零碳燃料。在流程工业的众多应用中蕴藏巨大潜能，包括在高温过程中替代天然气，作为低碳化学品和燃料的生产原料。生物燃料来自农业废料、木屑和其他有机物等可再生能源，是更具可持续性的化石燃料替代品。虽然其燃烧过程会排放二氧化碳，但仍被视为碳中和过程，因为原料在生长过程中已经吸收了大气中的碳。
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脱碳降耗
第三个基本点是针对能耗分布扩展替换清洁能源的范围，涵盖从为机械设备提供动力，到为各类生产过程提供热量的方方面面。将太阳能、风能、水能和地热能等可再生能源纳入能源结构至关重要。包括利用太阳能发电场或风力涡轮机现场发电，公用工程直接购买可再生能源，以及签署可再生能源购销协议。如可行，电气化 —— 使用电能替代传统化石燃料 —— 减排效果同样显著。尤其在供暖和运输等过程中，电能的应用日趋广泛，成本效益也逐步提升。
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减少生产浪费，打造循环高效的生产过程
第四个基本点是强调在整个生产过程中杜绝浪费，从而降低能耗及碳排放。安装先进的过程控制系统，进行数据分析，基于仪表输出的数据识别效率低下的生产环节，优化工艺流程，从源头上避免生产浪费。此外，废物可以回收利用，生产有用的产品或其他生产原料，推动循环经济发展，减轻副产品对环境造成的负担。帮助不同机构组织转变思维方式，从“开采 —— 生产 —— 废弃”的线性模式转向循环经济，注重重复使用、再利用，并尽可能地延长资源循环的时间。这一理念对于实现长期可持续发展至关重要。
分阶段循序渐进，实现长期成功的方法
工业去碳化过程复杂，分阶段推进最为合适。随着时间的推移循序渐进，逐步取得成效。通过这种方法，我们能够：
- 不断学习、优化，在每个阶段都掌握宝贵的数据、信息，持续完善后续战略。助力持续改进、优化去碳化工作。
- 管理投资，规避风险，实现战略性成本分配，降低大规模使用未经测试的技术带来的关联财务风险。
- 建立信心，增强动力，展望成功。初期取得成功，有助于内外部团队建立信心，吸引更多投资，加速向净零目标迈进。
目前，许多公司采取脱碳措施，选用天然气等低碳燃料替代传统化石燃料。燃烧过程中，天然气所排放的二氧化碳量约为煤炭的一半。液化天然气（LNG）可以随时运往天然气资源缺乏的地区。天然气是通往零碳能源利用的桥梁。
通过深化合作和技术创新提速转型
工业去碳化不是单一行业的工作，而是跨行业、多价值链、各技术提供商协同工作、共享知识经验的集体工作。以成功战略、机遇挑战和经验教训为中心开展开放式合作，有助于加快进度，激发全行业的创新发展。
深度分析
工业去碳化不是单一行业的工作，而是跨行业、多价值链、各技术提供商协同工作、共享知识经验的集体工作。
同供应商和客户合作，在整个价值链中推动可持续发展，减少碳排放，对于实现零碳目标至关重要。相关行业应借助技术公司的专业知识，选择创新的自动化、测量仪表、数据分析、可再生能源和过程优化解决方案，加速实施去碳化战略。
类似Endress+Hauser的公司在这一转型过程中发挥着至关重要的作用，它们为客户提供现代仪表技术、工厂联通解决方案、数据驱动型过程信息，对工业流程的深刻理解，帮助企业优化运营，减少对环境的影响，实现宏伟的可持续发展目标。
强化合作，打造可持续发展的未来
全球经济去碳化，尤其工业去碳化是一项艰巨的任务。但对人类来说，它是可实现的目标，并将对未来发展产生重要且持久的积极影响。部分流程无法立即完全去碳化，通过持续改进、不断创新、深化合作，为更清洁、更可持续的未来铺平道路。
实现净零排放的途径丰富：杜绝生产浪费、采用清洁燃料、转型为可再生能源，以及实施循环经济，以减少废物的产生。通过上述四个基本点—— 选用创新、深化合作、持续学习 —— 力争工业去碳化，实现净零排放目标，为子孙后代创造更可持续发展的环境。
