Dekarbonizace těžkého průmyslu

V tzv. boji proti změně klimatu se hovoří takřka výhradně o energetice. Producentem CO₂ však nejsou jen elektrárny na fosilní paliva. Významnou úlohu hraje například výroba oceli a cementu, která se podílí na globálních emisích CO₂ asi 16 % (což se rovná uhlíkové stopě USA). Následuje výroba hliníku, amoniaku a plastů.

Ve světě se dnes ročně vyrábí více než 1,8 miliardy tun oceli, výroba cementu je ještě větší, přičemž poptávka po obou těchto komoditách v příštích desetiletích ještě poroste. S tím porostou i emise.

Výroba oceli

Většina oceli se vyrábí kombinací dvou procesů, kdy se nejprve ve vysoké peci vyrobí železo ze železných rud, a potom se v elektrických obloukových pecích železo přemění na ocel. Železná ruda se nejdříve zahřívá na vysokou teplotu s využitím kvalitního koksovatelného uhlí za vzniku velkého množství CO₂. Jednou z možností snížení emisí by bylo úplné vynechání tohoto technologického procesu a jeho nahrazení recyklací ocelového šrotu v obloukové peci, kdy se ušetří koksovatelné uhlí. Na každou tunu oceli se díky tomu ušetří dvě třetiny emisí ve srovnání s konvenční výrobou železa. Jiná úspora emisí při výrobě oceli může spočívat v použití vodíku místo koksu. Kyslík obsažený v železné rudě se sloučí s vodíkem a jako odpadní produkt vznikne voda. K ověření této technologie staví švédská ocelářská společnost SAAB ocelárnu HYBRIT, v níž se má vyrábět ocel v podstatě bez uhlíkové stopy. Nová metoda výroby oceli má ale jeden závažný problém. Většina vodíku se v současné době vyrábí z fosilních paliv, a to ze zemního plynu - což je zase doprovázeno emisemi CO₂. Je ovšem možné vyrábět vodík také z vody v elektrolyzéru napájeném elektřinou např. z obnovitelných zdrojů. Je tato situace nadějná? Asi sotva, jestliže dekarbonizace oceli závisí na stavu průmyslu. Na rozdíl od ropy nebo zemního plynu, které i nadále přinášejí zisky svým producentům, výrobci oceli mimo Čínu v podstatě bojují o život, neboť mají malý manévrovací prostor jak uhradit náklady nové nízkouhlíkové technologie. Sektor výroby oceli se netěší ani podpoře vlád jako naopak například sektor výroby elektřiny z OZE, který již déle než deset let získává vysoké dotace. Proto také švédská společnost SAAB prohlásila, že její ocel z ocelárny HYBRIT bude o 30 % dražší než běžná ocel, takže bude požadovat vládní pomoc, aby byla schopná konkurence.

Výroba betonu

Výroba betonu trpí od samého počátku podobnými problémy jako ocel. Jsou to zase vysoké emise CO₂ vznikající při získávání hlavních složek betonu. Nejdříve je třeba vytěžit a rozdrtit vápenec a zahřívat ho v rotačních pecích na vysoké teploty. Při kalcinačním procesu se uhličitan vápenatý mění na oxid vápenatý za vzniku emisí CO₂. Další technologická fáze vyžaduje ještě více energie, neboť je třeba oxid vápenatý zahřívat s jinými materiály, aby vznikl hydraulický cement. Je otázkou, zda se tento výrobní sektor vůbec dá vyčistit.

Julian Allwood z University of Cambridge to říká natvrdo: „Neexistují žádné možnosti dekarbonizace výroby cementu.“ Přesto se o to lidé neustále snaží. Jednou z možností je používání odlišného druhu cementu. Téměř veškerý beton se stále vyrábí za použití portlandského cementu podle technologie z 19. století. Určitých úspor emisí uhlíku lze dosáhnout použitím existujících náhradních materiálů - jedním z nich je polétavý popílek, jemný prášek získávaný jako vedlejší produkt v uhelných elektrárnách. Jiným vedlejším produktem je granulovaná struska z vysoké pece při výrobě železa. Jenže svět chce skončit s uhelnými elektrárnami a také strusky bude k dispozici jen omezené množství. Výzkumníci se začínají zajímat i o strusku z křemičitanu vápenatého, která vzniká jako vedlejší produkt v ocelářském průmyslu. Všechny uvedené náhradní materiály mají dva společné problémy: jsou dražší než současné receptury a žádný z nich neumožňuje tak rozsáhlou výrobu, aby byla zárukou snižování nákladů. Kapička naděje se objevila v belgickém Lixhe, kde německá společnost Heidelberg Cement vlastní závod vybavený třináctiposchoďovou věží, která slouží k zachycování CO₂ z výroby cementu, dříve, než se dostane do atmosféry. Cílem projektu Low Emissions Intensity Lime and Cement (LEILAC), který je zčásti financován Evropskou unií, je ověřit novou technologii - oddělení CO₂ od jiných odpadních plynů a jeho zachycení a uskladnění.

Zachytit a přeměnit

Paul Fennell z Imperial College London se domnívá, že v rámci projektu LEILAC může být oxid uhličitý komoditou, která se bude prodávat jiným průmyslovým odvětvím, například výrobě plastů. Je to jeden z mála vzácných procesů, který má málo stinných stránek. Technologie „zachyť a skladuj“ by mohla snížit uhlíkovou stopu u ocelářského i u cementářského průmyslu. Diskutuje se i o tom, že by tato technologie byla vhodná i pro energetický průmysl - pravda je však taková, že uvedená technologie je stále v počáteční fázi vývoje. Navzdory její nepochybně kladné budoucnosti a mnohaletým snahám o její uplatnění, existuje ve světě 23 poloprovozních zařízení, která umožňují skladovat ročně na 40 milionů tun CO₂, zejména v oblastech těžby zemního plynu, kde je to nejsnáze realizovatelné. Dosavadní kapacita skladování však představuje jen asi 0,1 % emisí způsobovaných lidskou činností.

Hliníkářský průmysl

Výroba hliníku je zdrojem 1 % globálních emisí uhlíku. Problém začíná při úpravě rudy vkládáním uhlíkových elektrod do rudy, kde při slučování s kyslíkem vznikají emise CO₂. V roce 2018 se společnost Apple, největší spotřebitel hliníku, domluvila s hornickou společností Rio Tinto a výrobcem hliníku, společností Alcoa, na vývoji alternativní elektrody, která umožní produkovat jako odpadní materiál kyslík a nikoliv CO₂. Komerční technologie má být k dispozici kolem roku 2024.

Výroba plastů

Výroba plastů je energeticky velmi náročná a suroviny k jejich výrobě jsou často získávané z rafinované surové ropy, což znamená, že je zde velká uhlíková stopa. Dobrou zprávou je to, že rozvoj využívání OZE, rozvoj recyklace plastů a snížení jejich spotřeby, by v roce 2050 mělo vést ke snížení emisí na úroveň 2015. Ropný gigant, společnost British Petroleum, poznamenal, že zákaz používání jednorázových plastů, jak je plánován například v Evropské unii a v Kanadě, pomůže snížit poptávku po surové ropě.

Výroba amoniaku

Amoniak, který je hlavní složkou umělých hnojiv, se skládá z dusíku a vodíku, přičemž vodík se téměř vždy vyrábí z fosilních paliv, zejména ze zemního plynu. Nejobvyklejší proces výroby amoniaku vychází z technologie Haber – Bosch z 19. století a je velmi energeticky náročný. Vodík by se však mohl získat elektrolýzou vody s využitím elektřiny z obnovitelných zdrojů. Analýza ale poukazuje na to, že náklady na výrobu amoniaku by tak byly o 60 % vyšší.

Poznámka překladatele:

K doplnění lze uvést, že k výrobě vodíku pro nejrůznější aplikace lze použít i jiný, dokonce daleko účinnější, nízkouhlíkový zdroj energie, než je větrná a sluneční energie. Je to jaderná energie. Již před dvaceti lety byly v odborných časopisech uváděny informace o využití nejrůznějších typů reaktorů k hromadné výrobě vodíku jako předpokladu k uskutečnění vodíkového hospodářství. Podrobné informace jsou v publikaci, kterou je možno si stáhnout na adrese: bezjadratonepujde-cz1.webnode.cz (vaclavvanek)

Zdroj: Adam Vaughan: Zero carbon´s hard problem. New Scientist, 2019, č. 3256, s. 38-41