A força de trabalho da descarbonização industrial lida com as emissões que a eletricidade não alcança. A maior parte da discussão sobre emissões industriais presume que o problema é energia. Para os setores mais difíceis, não é.
Emissões de processo são química, não combustível
A distinção que reorganiza tudo nessa trilha.
A produção de cimento aquece calcário para produzir clínquer. A reação química, a calcinação, libera dióxido de carbono da própria rocha. Essa liberação não é consequência de como o forno é aquecido. É a reação. Uma parcela substancial das emissões do cimento vem dessa rota, e elas persistem mesmo que o forno rode com energia inteiramente limpa.
A siderurgia primária reduz o minério de ferro usando carbono, tipicamente coque, num alto-forno. O carbono retira o oxigênio do minério e sai como dióxido de carbono. De novo, é a química fazendo exatamente o que está ali para fazer.
Amônia, cal e vários outros processos químicos têm a mesma estrutura.
Você não descarboniza uma reação trocando sua fonte de energia.
As opções são genuinamente limitadas, e cada uma é substancial. Mudar a química, como faz a redução direta baseada em hidrogênio para o aço. Mudar o material, como tentam as formulações alternativas de cimento e os materiais cimentícios suplementares. Capturar o dióxido de carbono e armazená-lo permanentemente. Ou usar menos material, por meio de design, reuso e eficiência, algo subestimado e com frequência a tonelada mais barata disponível.
Cada uma dessas é um programa técnico diferente, exigindo pessoas diferentes, e tratar a descarbonização industrial como um assunto único é como as organizações acabam treinando para o errado.
O que a trilha abrange
O escopo: captura e armazenamento de carbono, uso de carbono, captura direta do ar, emissões de processo industrial e setores difíceis de descarbonizar.
Quatro áreas.
Emissões de processo. De onde vêm, setor por setor, e quais rotas existem para reduzi-las.
Calor de processo. Eletrificação, hidrogênio, biomassa e os limites de temperatura que decidem entre elas.
Captura, transporte e armazenamento. Tecnologias, custos, infraestrutura e monitoramento.
Sistemas e economia. Precificação de carbono, ajuste de fronteira, mercados líderes e o que de fato torna um projeto viável.
O calor é a outra metade difícil
A indústria precisa de calor em temperaturas muito diferentes, e a dificuldade aumenta bastante conforme esse número sobe.
Calor de baixa temperatura, abaixo de cerca de 150 graus, cobre boa parte do uso em alimentos, bebidas, têxteis e manufatura leve. Bombas de calor industriais já resolvem boa parte disso hoje, e o argumento costuma ser econômico mesmo sem subsídio.
Calor de temperatura média, até algumas centenas de graus, pode ser entregue por resistência elétrica, sistemas a vapor e bombas de calor de temperatura mais alta, com o custo dependendo bastante da relação entre os preços de eletricidade e gás.
Calor de alta temperatura, acima de cerca de mil graus, para cimento, vidro, cerâmica e metais, é onde a coisa fica difícil. Opções elétricas existem e não estão maduras na escala e na exigência que esses processos requerem, os fornos são ativos de capital enormes com vida longa, e o próprio processo costuma ser sensível a como o calor é entregue, não só a quanto.
É aqui que o hidrogênio tem seu argumento mais defensável, e onde biomassa e calor solar concentrado aparecem em contextos específicos.
O ponto prático para uma força de trabalho é que eletrificar calor costuma ser um projeto de engenharia dentro de uma planta já existente, envolvendo integração de calor, redesenho de processo e infraestrutura elétrica, e as pessoas capazes de fazer isso são engenheiros de processo com entendimento elétrico. Essa combinação é escassa.
Onde isso se encaixa no domínio
Gestão de carbono e descarbonização industrial é a oitava das nove trilhas do domínio de energia, clima e nuclear da Astra Trainer. Ela depende de ciência do clima e tecnologia climática para uma medição confiável, de hidrogênio e tecnologia de células a combustível para as rotas de alta temperatura e redução química, e de sistemas de energia e redes elétricas para a eletricidade que qualquer rota de eletrificação exige.
Ela também se conecta para fora com manufatura avançada, onde a mudança de processo é implementada, e com materiais avançados, onde ficam os cimentos alternativos e a substituição de materiais por opções de baixo carbono. Você pode ver as nove trilhas aqui.
Verifique-seTrês fontes de dióxido de carbono: a corrente de alta pureza de uma planta de amônia, o gás de exaustão diluído de um forno de cimento e o ar ambiente. Antes de continuar, coloque-as em ordem de custo por tonelada capturada e diga o que determina essa ordem.Ver a respostaOcultar a resposta
Do mais barato ao mais caro: primeiro a corrente de alta pureza de amônia, depois o gás de exaustão diluído, e por último o ar ambiente, por uma margem enorme. A concentração é o que determina a ordem. Quanto mais diluída a fonte, mais gás precisa ser movimentado e tratado por tonelada recuperada, e o ar é um caso em que o dióxido de carbono é um componente-traço, então a energia por tonelada é alta e os custos ficam bem acima da captura na fonte.
Captura de carbono, na sua posição real
Uma tecnologia que atrai opiniões fortes nas duas direções, e o quadro correto é menos satisfatório do que qualquer uma delas.
Ela funciona. Capturar dióxido de carbono de um fluxo industrial concentrado é engenharia química já estabelecida, e o armazenamento geológico se apoia em décadas de prática de subsuperfície.
É cara, e o custo varia enormemente com a concentração da fonte. Capturar de um fluxo de alta pureza, como na produção de amônia, é bem mais barato do que capturar de gás de exaustão diluído, que é bem mais barato ainda do que capturar do ar ambiente.
O histórico realizado é bem mais curto do que o histórico anunciado. Um número significativo de projetos foi cancelado, e várias instalações em operação reportaram taxas de captura abaixo do projetado. Isso é um fato sobre o histórico de entrega do setor e pertence a qualquer avaliação honesta.
A captura direta do ar está num estágio bem inicial. A física é implacável: o dióxido de carbono é um componente-traço do ar, então a energia exigida por tonelada é alta e os custos hoje estão bem acima da captura na fonte. Pode ter um papel para emissões genuinamente inevitáveis. Não é uma solução industrial de curto prazo.
Usar o dióxido de carbono capturado não é o mesmo que armazená-lo. A maioria das rotas de uso o libera de novo, às vezes rapidamente. Só a mineralização durável e o armazenamento geológico permanente o mantêm fora da atmosfera, e confundir os dois é uma das distorções mais comuns nessa área.
A infraestrutura é a restrição prática. Captura sem transporte e armazenamento fica encalhada. Dutos e sites de armazenamento exigem licenciamento, monitoramento e arranjos de responsabilidade de longo prazo que, na maioria dos lugares, ainda não existem em escala.
Uma posição razoável é que a captura é provavelmente necessária para emissões de processo onde não existe mudança de química possível, não é um substituto para a redução onde há alternativas disponíveis, e deve ser avaliada projeto a projeto, em vez de endossada ou descartada como categoria.
Por que o ciclo de substituição decide o cronograma
A restrição que recebe menos atenção e explica a maior parte do ritmo.
Um forno de cimento, um alto-forno ou um craqueador a vapor é um ativo de capital com vida útil medida em décadas. Ele é reconstruído ou reforrado substancialmente em intervalos, e esses são os momentos em que uma mudança tecnológica fundamental é financeiramente viável. Entre eles, o argumento econômico para abandonar um ativo funcional é muito difícil.
Três implicações.
O momento certo vence a disponibilidade. Uma planta que enfrenta uma decisão de reconstrução nos próximos anos é onde uma mudança de tecnologia pode de fato acontecer. Uma planta recém-reforrada fica travada por um longo período, seja qual for o ambiente político.
As decisões são, na prática, de mão única por uma geração. Escolher uma reconstrução convencional compromete as emissões pela vida útil do ativo, o que é a razão de essas decisões atraírem atenção regulatória e de investidores.
O planejamento de força de trabalho segue o calendário dos ativos. As habilidades necessárias são conhecidas com anos de antecedência, porque o cronograma de reconstrução é conhecido. Esta é uma das poucas áreas deste domínio em que a demanda de força de trabalho pode ser prevista com confiança real, e raramente é usada dessa forma.
As funções, uma a uma
Engenheiros de processo para projetos de descarbonização industrial.
Engenheiros de captura de carbono. Captura, compressão e condicionamento.
Especialistas em armazenamento de carbono e subsuperfície, com forte sobreposição com o trabalho de subsuperfície de óleo e gás.
Engenheiros de calor industrial e eficiência energética.
Engenheiros de eletrificação, a combinação escassa de processo e elétrica.
Especialistas em materiais para cimentos alternativos e materiais de baixo carbono.
Especialistas em medição, relato e verificação de volumes capturados e armazenados.
Desenvolvedores de projetos de descarbonização industrial, lidando com questões técnicas, políticas e de financiamento juntas.
Analistas de precificação de carbono e política.
Quem pode ser treinado para isso
Engenheiros de processo e químicos da indústria pesada. A população central. Eles conhecem a planta, e o que precisam é do conjunto de opções de descarbonização e da economia de cada uma.
Operadores e técnicos de planta de cimento, aço, vidro e química, que entendem para onde a energia e o material realmente vão.
Equipe de subsuperfície de óleo e gás. Para armazenamento de carbono, algo próximo da prática já existente.
Gestores de energia. Para integração de calor e eletrificação, já com a visão de consumo em mãos.
Engenheiros elétricos. Para eletrificação industrial, precisando do lado de processo.
Equipe ambiental e de conformidade. Para medição e verificação de volumes capturados.
Equipe de finanças de projeto e comercial. Para desenvolvimento de projetos, onde a restrição costuma ser o business case, não a engenharia.
Riscos industriais e de manuseio de dióxido de carbono. Plantas industriais pesadas envolvem processos de alta temperatura, material fundido, espaços confinados e riscos de acidente grave regidos por regimes estatutários. O dióxido de carbono em alta concentração é asfixiante e é manuseado em alta pressão ou fase supercrítica, com riscos específicos no transporte e na injeção. Os sites de armazenamento carregam requisitos de licenciamento, monitoramento e responsabilidade de longo prazo definidos por lei, que variam por jurisdição. A Astra Trainer constrói entendimento técnico. Ela não fornece treinamento de risco, autorização ou qualquer permissão para projetar, operar ou trabalhar nesses sistemas.
O que levar disso
As emissões industriais mais difíceis vêm da química, não do combustível, então a eletricidade limpa não as alcança.
As rotas são mudar a química, mudar o material, capturar o carbono ou usar menos, e cada uma é um programa diferente que precisa de pessoas diferentes.
O calor de processo de alta temperatura é a outra metade difícil, e eletrificá-lo é um projeto de engenharia de processo dentro de uma planta em operação.
A captura de carbono funciona, custa muito, entregou menos do que foi anunciado, e não é intercambiável com o uso do carbono.
E o calendário de reconstrução é o cronograma real. A demanda de força de trabalho nessa trilha pode ser prevista com anos de antecedência a partir do calendário de ativos, o que quase ninguém faz.
Teste seus conhecimentos
Pergunta 1 de 3
Uma planta de cimento troca seu forno por eletricidade totalmente limpa. Pelo raciocínio do artigo, o que acontece com o dióxido de carbono da planta?
Por que cimento e aço não podem simplesmente usar eletricidade limpa?
Porque boa parte das emissões deles vem da química, não da energia. A calcinação libera dióxido de carbono do calcário, e a siderurgia primária usa carbono para retirar oxigênio do minério de ferro. Trocar a fonte de energia não afeta nenhum dos dois.
Quais são as opções reais para emissões de processo?
Mudar a química, como a redução direta do ferro baseada em hidrogênio; mudar o material, como formulações alternativas de cimento; capturar e armazenar permanentemente o dióxido de carbono; ou usar menos material por meio de design e reuso.
Por que o calor de alta temperatura é difícil de eletrificar?
Porque as opções elétricas na escala e na exigência de fornos de cimento, vidro e processamento de metais não estão maduras, os fornos são ativos de capital de vida longa, e muitos processos são sensíveis a como o calor é entregue, não só a quanto.
A captura de carbono funciona?
Sim, e é cara e entregou menos do que foi anunciado, com várias instalações em operação reportando taxas de captura abaixo do projetado. É mais defensável para emissões de processo sem alternativa de química, e deve ser julgada projeto a projeto.
Por que o ciclo de substituição das plantas importa?
Porque grandes ativos industriais são reconstruídos em ciclos de várias décadas, e esses momentos de reconstrução são quando uma mudança tecnológica fundamental é viável. O cronograma é conhecido com anos de antecedência, o que torna a demanda de força de trabalho incomumente previsível.