Секторные экономические инструменты и варианты обязательств по ограничению выбросов парниковых газов (стр. 5 )

Глобальные перспективы улучшения печей - килнов

Улучшение характеристик печи
Технологическая стадия	Коммерческая	Коммерческая	Коммерческая
Размер инвестиций (долл./т)	50-80	40-60	30-50
Снижение выбросов CO2 (%)	10-15%	10-15%	10-25%
Снижение выбросов CO2 (млрд. т/год)	0,01-0,02	0,1-0,2	0,2-0,4

Дополнительным фактором является состав используемого топлива. Замещение части ископаемого топлива отходами или биотопливом уже достаточно широко применяется в Европе. Печи для обжига и сушки цемента хорошо подходят для сжигания отходов из-за высокотемпературного режима, а также, поскольку клинкер и известняковое сырье действуют как газоочистительные реагенты. Изношенные шины, древесина, пластмасса, химикаты и другие виды отходов в больших количествах сжигаются вместе в печах для обжига и сушки цемента. В Бельгии, Франции, Германии, Нидерландах и Швейцарии за счет замещения топлива получают в среднем от 35 до 70% и более всей используемой энергии. На некоторых заводах за счет отходов достигнут даже 100%-ный уровень замещения. Тем не менее, очень высокий уровень замещения возможен лишь при наличии систем предварительной обработки и контроля. Например, бытовые твердые отходы необходимо предварительно обработать для получения гомогенных показателей теплотворной способности и характеристик сырья.

Цементная промышленность США ежегодно сжигает 53 млн. изношенных шин (387 тыс. т), что составляет 41% от общего числа сжигаемых шин; при этом высвобождается около 15 ПДж энергии (около 500 тыс. т у. т.). Однако, около 50 млн. шин по-прежнему закапывается. Еще одним потенциальным источником энергии являются битумные дорожные покрытия. Ежегодно, вместо того чтобы сжигаться в цементных печах, это сырье закапывается в отвалы. Общее количество эквивалентно примерно 100ПДж (3,3 млн. т у. т.).

Хотя указанные альтернативные топливные материалы используются довольно широко, последствия их применения противоречивы, поскольку цементные печи не так строго контролируются с точки зрения выбросов, как мусоросжигательные установки. По данным МЭА, в 2003 г. цементная промышленность стран ОЭСР потребила 66 ПДж (2,25  млн. т у. т.) энергии сжигаемых возобновляемых ресурсов и отходов, половину которых составляли промышленные отходы и половину – древесные отходы. В целом по всему миру для производства цемента было использовано 112 ПДж (3,8 млн. т у. т.) энергии биомассы и 34 ПДж (1,15 млн. т у. т.) энергии отходов. Альтернативные виды топлива мало используются за пределами ОЭСР. С технической точки зрения, применение альтернативного топлива можно повысить до 1-2 ЭДж (примерно 30-60 млн. т у. т.), хотя уровень применения в разных регионах мира будет разным – в зависимости от наличия тех или иных топливных ресурсов.

В целом процесс снижения выбросов в отрасли можно разделить на 2 стадии.

1) Повсеместный переход на современную «сухую» технологию.

2) Использование отходов в качестве топлива и снижение содержания клинкера в цементе позволит существенно экономить энергию и снизить выбросы СО2.

Суммарный технический потенциал новых технологий оценивается в среднем в 30% – от 20 до 50% снижения выбросов СО2 в различных регионах мира. Более подробное исследование возможностей внедрения различных цементных технологий в разных странах и мире в целом было выполнено МЭА в докладе 2008.

Потенциал снижения выбросов СО2 при производстве цемента
(от уровня и при объемах производства 2005 г.)[23]

В целом в мире потенциал снижения выбросов оценивается как 450 млн. т СО2/год, где ведущая роль принадлежит Китаю – около 250 млн. т СО2/год. На долю России приходится порядка 20-25 млн. т СО2/год (порядка 1% наших нынешних выбросов парниковых газов или до 1,5% от выбросов СО2 от сжигания ископаемого топлива). Примерно такой же потенциал в абсолютных единицах имеют США и Индия, а также развитые европейские страны (вместе взятые). С другой стороны, в удельных единицах потенциала снижения выбросов на единицу продукции положение России совершенно уникально.

Потенциал России 0,39 тСО2/т цемента, что в 2 раза выше, чем в мире в целом. Следующие вслед за Россией Канада, США, Китай, Корея и Бразилия имеют потенциалы равные 0,25 – 0,19 тСО2/т. Япония может сэкономить только 0,06 тСО2/т, а развитые европейские страны 0,09 тСО2/т.

Возможности России в основном делятся на 2 основные части: больше всего даст переход на «сухую» технологию и связанная с этим экономия топлива – 10 млн. т СО2/год. Экономия электричества может добавить еще 1,5 млн. т СО2/год. Вторая большая часть – замена клинкера доменным шлаком и выпуск современных «смесовых» сортов цемента – 8,5 млн. т СО2/год. Использование альтернативного топлива, в частности, отходов (отработанных шин и битумных покрытий, древесных отходов и т. п.) может снизить выбросы на 3 млн. т СО2/год.

А.2 Черная металлургия

В 2007 г. производство стали в мире превысило 1250 млн. т. Выбросы СО2 могут быть оценены как на основании общего энергопотребления отрасли равного 23ЭДж (или примерно 800 млн. т у. т.). Это дает выброс СО2 порядка 1,5 - 2 млрд. т или 3-4% от глобальных выбросов всех парниковых газов от всех антропогенных источников, включая сведение лесов и потери почвенного углерода. Тем самым, средний удельный выброс равен примерно 1,2 - 1,7 тСО2/т стали. Более точный расчет сделать очень сложно, так как в разных случаях в выбросы включаются, или не включаются такие этапы производства как добыча и обогащение руды, агломерация и производство кокса.

Оценки возможного внедрения лучших технологий в мире в целом показывают, что можно снизить энергопотребление примерно на 20% и выбросы на 340 млн. т СО2. Китай обладает наибольшим потенциалом в абсолютных единицах, однако, это во многом результат больших объемов производства в этой стране. Удельное снижение выбросов может быть больше всего на Украине - 0,70 тСО2/т. Затем идут Индия, Бразилия и Китай. Потенциал России 0,35 тСО2/т или в 2 раза ниже, чем у Украины. Потенциал в развитых странах Европы и в США примерно одинаков и 2 раза ниже, чем у России, а в Южной Корее и Японии в 4-5 раз ниже, чем у России.

Потенциал снижения выбросов СО2 при производстве стали
(от уровня и при объемах производства 2005 г.)[24]

Сухое охлаждение кокса Утилизация газов на кислородных конверторах Более эффективное производство энергии из доменного газа

В абсолютных цифрах возможности России оцениваются в 30 млн. т СО2 в год, что составляет около 1,5% всех выбросов парниковых газов в нашей стране. Более 15 млн. т СО2/г снижения выбросов связано с утилизацией доменного газа. Модернизация доменного производства и повышение эффективности управления доменным процессом может дать 6 млн. т СО2/г. Такой же эффект даст переход с мартеновского производства на кислородно-конверторные печи.

По энергоэффективности лучше всего электродуговая плавка (EAF) из металлолома или же из железа прямого восстановления. Тогда расход энергии может быть в 3 раза меньше, чем при наиболее распространенном использовании кислородных конверторов и чугуна из рудного сырья. Процессы выплавки стали по схеме «доменная печь – кислородно-конверторная печь» (BF-BOF) и схеме «железо прямого восстановления – электродуговая печь» (DRI-EAF) являются более энергоемкими, чем переработка металлолома, так как восстановление железной руды требует около 6,6 ГДж химической энергии на тонну железа (при использовании красного железняка – самой богатой руды с точки зрения выхода конечной продукции) и эта энергия не нужна при переработке стального металлолома. Однако переработка металлолома ограничена его наличием, которое определяется масштабами потребления стали в прошлом и скоростью возвращения металла в оборот. Количество стали, которое «запасено» в зданиях, оборудовании, автомобилях и других товарах, больше среднегодового производства стали в десять раз, и объем «запасенного» металла постоянно увеличивается. Поэтому переработка металлолома может покрывать только часть общего производства стали. Также при производстве стали важно наличие руды пригодной для получения недорогого железа прямого восстановления.

В целом, в отрасли сформировалось понимание важности снижения энергетических потерь при коксовании и при агломерации руды, поэтому были предприняты усилия по развитию альтернативных производственных процессов, которые исключили бы энергозатратные фазы производства. К новым технологиям относятся:

Инжекция угольной пыли в доменную печь в качестве заменителя кокса. Новая конфигурация печей, позволяющая использовать уголь вместо кокса (процесс COREX). Новая конфигурация печей, позволяющая использовать угольную и рудную мелочь (FINEX и циклонный конвертер).

Фактическое потребление энергии и практически достижимый минимум в основных процессах выплавки чугуна и стали

Продукт/процесс	Фактическое потребление (ГДж/т)	Практически достижимый минимум энергопотребления (ГДж/т)	Фактические выбросы (т/т)	Практически достижимый минимум выбросов СО2 (т/т)	Потенциал снижения (%)
Жидкий передельный чугун (5% С)	13 - 14	10,4	1,45 – 1,56	1,16	20-26
Жидкая сталь (процесс EAF)	2,1 – 2,4	1,6	0,36 – 0,42	0,28	24 - 33
Полосовое железо горячей прокатки	2,0 – 2,4	0,9	0,11 – 0,13	0,05	55 - 62
Полосовое железо холодной прокатки	1,0 – 1,4	0,02	0,17 – 0,24	0	98

Потребление угля и кокса в доменных печах в разных странах сильно различается, оно зависит от размера печи и от доли инжектируемой угольной пыли.

Даже в пределах одной категории доменных печей существуют значительные различия в энергоэффективности, в зависимости от качества руды и производительности печи. Для доменных мини-печей увеличение содержания железа в руде от 50% до 55% снижает потребление топлива с 750 до 600 кг на тонну горячего металла (Tonne Hot Metal – THM), то есть на 20%. Увеличение ежедневной производительности доменной печи с 1 до 1,5 т/м3 снижает расход топлива с 750 до 600 кг/THM. Качество железной руды и угля также влияет на энергопотребление. При достаточно строгом сопоставлении, различия в качестве могут привести к изменению энергоэффективности до 20% величины.

Инжекция угольной пыли является достаточно широко применяемой технологией. Она является финансово привлекательной, так как позволяет заменить кокс. Она приводит также к значительной экономии энергии, так как одна единица энергии кокса заменяется одной единицей энергии угля. На опыте было показано, что уголь может заменить половину кокса в доменных печах. Полагая, что уголь и кокс имеют одинаковую внутреннюю энергию, что половина кокса заменяется углем и что энергия, использующаяся при производстве кокса, равна 8 ГДж на тонну кокса, можно получить экономию за счет инжекции угля до 1 ЭДж в год, а снижение выбросов СО2 в размере 100 млн. т/год.

Перспективы внедрения технологии инжекции угля

Инжекция угля
Стадия технологии	Коммерческая	Коммерческая	Коммерческая
Инвестиции (долл./т)	50-55	50	50
Экономия энергии (%)	5	7	10
Снижение выбросов СО2 (млрд. т/год)	0 – 0,05	0,05 – 0,1	0,1 – 0,2

Для замены кокса и угля в доменных печах могут также использоваться пластиковые отходы. Технология была разработана и применена в Германии и Японии. Пластиковые отходы могут также добавляться в коксовальную печь; эта технология впервые внедрена в Японии. В целом на нужды японской черной металлургии идет около 0,4 млн. т пластиковых отходов в год, что примерно соответствует 20 ПДж в год (примерно 0,7 млн. т у. т.).

Применению пластиковых отходов в качестве топлива в металлургии противостоит целый ряд довольно серьезных препятствий. Есть необходимость контролировать содержание поливинилхлорида, так как законодательство некоторых стран, жестко регулирует использование отходов в качестве топлива. Есть необходимость получения разрешительной документации от экологов на использование отходов в качестве топлива. Нужны инвестиции, необходимые для реконструкции системы подачи топлива в доменной печи.

Перспективы внедрения технологии применения пластиковых отходов

Ввод пластиковых отходов
Стадия технологии	Демонстрационная	Коммерческая	Коммерческая
Инвестиции (долл./т)	60-70	60	55
Экономия энергии (%)	50	75	90
Снижение выбросов СО2 (млрд. т/год)	0 – 0,02	0 – 0,03	0,03 – 0,1

Снижение выбросов СО2 от использования пластиковых отходов зависит от локализации выбросов, а экономия энергии – от энергоемкости пластика. Сжигание пластиковых отходов сокращает выбросы СО2, заменяя выбросы от ископаемого топлива, хотя углекислый газ все равно попадает в атмосферу – в большинстве случаев, в частности, в Японии отходы просто сжигаются на мусорных заводах. При использовании пластиковых отходов в доменных печах происходит экономия энергии в отличие от привычного использования по схеме вывоз – сжигание. Возможности технологии ограничены доступностью пластиковых отходов и «претензиями» на иное их использование – переработку и сжигание.

Другие виды энергоносителей, такие как древесный уголь, водород и электричество, также могут быть использованы в качестве заменяющего топлива. Это может привести к значительным снижениям выбросов при условии, что сами эти энергоносители получены в процессах, не создающих выбросов СО2. Тем не менее, стоимость подобных мер по снижению уровня загрязнения будет в большинстве случаев превышать 50 долл. за тонну СО2.

Возможности по снижению выбросов CO2 также включают в себя внедрение систем регенерации остаточного газа и тепла, сухое тушение кокса, применение турбин высокого давления для подачи воздуха в доменные печи, регенерацию газа от печей BOF, регенерацию остаточного тепла для обжигательных заводов, печей BOF и сушильных камер. В некоторых странах эти технологии широко применяются, однако в других – практически отсутствуют. Общий потенциал снижения выбросов CO2 от этих мер оценивается в 100 млн. т/год для всего мира в целом.