Näin saavutamme nollapäästöt höyryntuotannossa
TEHOKKUUS, SÄHKÖISTYMINEN JA SUUNNITTELU TOIMIVAT YHDESSÄ
Sean Spencer, ratkaisukehitysjohtaja
Viiden minuutin luku
Se on ollut tärkeässä roolissa aiemmin ja on edelleen tärkeä tulevaisuuden kehityksellemme. Sen ylivoimaiset lämpöenergiaominaisuudet tekevät siitä perushyödykkeen tuottaessamme kaikkea, mitä pidämme itsestäänselvyytenä päivittäin. Ja kiitos nopeasti kehittyvän teknologian ja suunnittelun läpimurtojen, voimme odottaa nauttivamme sen monista eduista päästöttömässä tulevaisuudessa.
Sitä ei tarvinnut keksiä; se on ollut olemassa meitä kauemmin. Sitä näkee luonnollisimmassa muodossaan purkautumassa kuumista lähteistä luoden henkeäsalpaavia näkymiä. Niiden raaka voima ja teho osoittavat, miksi höyry on maailman laajimmin käytetty lämmönsiirtotapa. Ja ne korostavat sen luonnetta.
Sen kyky sitoa merkittävä määrä energiaa, joka voidaan käyttää joko mekaanisesti esimerkiksi turbiinin pyörittämiseen tai lämpönä monissa prosesseissa, tekee höyrystä tärkeän kestävän ja uudistuvan resurssin. Höyryn ja lauhteen kierron ansiosta sen käyttämä vesi voidaan palauttaa tehokkaissa järjestelmissä energiaa säästävästi.
Sen teho-hyötysuhteen, myrkyttömyyden, helpon siirrettävyyden, ylivoimaisen lämpökapasiteetin ja muihin vaihtoehtoihin verrattuna matalien kustannusten ansiosta maailmaa ilman höyryä on mahdoton kuvitella. Höyryä voimme kiittää useista yhteiskunnan valtavista teknologisista edistysaskeleista kuluneiden 300 vuoden ajalta. Samalla kun höyryä käyttävät ja tarvitsevat mekanismit ovat muuttuneet, itse höyry on pysynyt kehityksemme perustana.
Sillä on tärkeä rooli lääketeollisuudessa, kun on varmistettava, että lääkkeitä ja rokotteita voidaan tuottaa turvallisesti, luotettavasti ja suuria määriä. Terveydenhoitolaitokset ovat riippuvaisia instrumenttien höyrysteriloinnista. Sekä kemian- että petrokemian teollisuus tarvitsevat höyryä, jotta tehtaat toimivat luotettavasti ja valmistaessaan monia tuotteita, joista olemme nykyään riippuvaisia. Muoveista polyesteriin (mikä on maailman yleisin vaatetusmateriaali) ja ammoniakin tuotantoon, , mitä käytetään lannoitetuotannossa. Ja sen monet sovellutukset elintarvike- ja juomateollisuudessa takaavat, ettei meidän tarvitse miettiä useiden syömiemme ja juomiemme tuotteidenturvallisuutta ja kestävyyttä.
Nämä ovat vain muutamia niistä eduista, joita höyryllä on. Siksi emme pidä höyryä vain käyttökelpoisena ilmiönä, vaan luonnollisena teknologiana. Turvallinen, kestävä, luotettava tapa parantaa elämänlaatua, lähes vertaansa vailla.
Mutta valokuvausmahdollisuuksien lisäksi kuumilla lähteillä ei ole meille juuri käytännön merkitystä ja muutamia paikkoja maapallolla lukuunottamatta, höyry maalämpönä ei ole mahdollista. Se tarkoittaa, että valjastaaksemme sen hyödyt, meidän on tuotettava höyry itse. Ja siksi sen kestävä tulevaisuus on taattava.
Me tarvitsemme paljon höyryä pitääksemme yllä kasvua ja elämänlaatuamme. On tärkeää, että emme enää tuota höyryä kaasulla, hiilellä tai öljyllä vaan uusiutuvilla, tehokkailla energianlähteillä mahdollisimman pian.
KOHTAA UUDET MAHDOLLISUUDET
Globaali energiakriisi kiihdyttää muutoksia energiantuotannossa. Ensinnäkin uusiutuvien energianlähteiden osuus kasvaa nopeasti (pääosin tuuli- ja aurinkovoima, mutta vaihtelevin tuotantomäärin). Toiseksi, uusiutuvaan energiaan ja elektrolyysiin pohjautuva vihreän vedyn potentiaali kasvaa päivä päivältä. Kolmanneksi, teollisuuden ja rakennusten sähköistymisen tarve tiedostetaan yhäyleisemmin. Ja lopuksi, sekä lämmön että energian varastointiin löydetään koko ajan uusia teknologioita, ja ne ovat pian käytettävissä laajemmin.
Näin suuret muutokset teollisuuden toiminnassa eivät tapahdu yhdessä yössä. Mutta aika on tärkeä tekijä, jos haluamme saavuttaa vaativat nollapäästötavoitteet. Siksi käytännön vaihtoehdot yhdistää sähköntuotannon ja kysynnän välinen kuilu ovat niin tärkeitä kestävien toimintojen saavuttamiseksi. Innovaatiot, kuten lämpöenergian varastointi, jossa uusiutuvan tuotannon huipun talteenotto ja sen muuttaminen käyttökelpoiseksi höyryksi ja sen jälkeen sen säilyttäminen, kunnes sitä tarvitaan on siirtymässä keskeistä. Kuva 1 esittää, miksi meidän on löydettävä tapoja maksimoidaksemme tehomme mitä tulee uusiutuvien lähteiden, kuten aurinkoenergian hyödyntämiseen mahdollisimman tehokkaasti:
EDISTYSASKELEIDEN OTTAMINEN NYT
Kokonaisuutena lämmöntuotantoon kuluu yli puolet globaalista sähköntuotannon tarpeesta ja se tuottaa 55 % globaaleista energiapäästöistä1. Sen luvun pienentäminen on merkittävä hiilenpoistotavoite², mutta tähän saakka yritykset ovat olleet usein eriytyneitä kun tarkastellaan alueita kuten sähköistyminen, vety, biomassa ja hiilen talteenotto, hyödyntäminen ja varastointi (CCUS) erikseen ja keskitytään tiettyihin loppukäyttökohteisiin.
Siksi tie hiilineutrauliuteen vaikuttaa joskus niin vaikealta, kun odotetaan uusien teknologioiden korvaavan ne, joiden varassa olemme olleet vuosikymmenien tai jopa vuosisatojen ajan. Onneksi että kestävästi tuotetun höyryn käyttötavat ovat hyvin saavutettavissa.
Kun planeettamme hiilenpoistotarpeella on yhä enemmän kiire, on rauhoittavaa, että höyryä ei tarvitse menettää kokonaan. Tiedämme, että bensiini- ja dieselkäyttöisten ajoneuvojen käyttöaika päättyy, maakaasun käyttöä rajoitetaan ja on tehtävä vaikeita päätöksiä jos haluamme turvata planeettamme tulevaisuuden.
Se ei kuitenkaan koske höyryä. Siirtyminen pois fossiilisilla polttoaineilla toimivien painesäiliöiden käytöstä ei vaadi kymmeniä vuosia odotellessamme uusien vaihtoehtojen saapumista. Eikä olemassaolevia järjestelmiä tarvitse uusia kokonaan. Mahdollisuus päivittäänykyiset kattilat sähköisiksion tässä ja nyt. Sitä mukaa kun vanhoja laitteita on uusittava, uudet ja tehokkaammat sähköiset vaihtoehdot ovat jo saatavilla. Kun energiantuotanto siirtyy pois hiilestä, kaasusta ja öljystä, höyry on valmiina todistamaan hiilineutraalin potentiaalinsa.
Samalla tarve saada aikaan vähemmällä kasvaa ja tehokkuustoimia arvioidaan ja parannetaan jatkuvasti. Se tekee höyrystä vielä tärkeämmän niin monille aloille, jotka ovat siitä riippuvaisia. Datavetoiset, koko järjestelmän kattavat ratkaisut ovat tehokkaimpia tapoja tehdä niin.
Koska niin monet erilaiset teollisuudenalat käyttävät höyryä, höyryjärjestelmiä, konfiguraatioita ja loppukäyttösovelluksia sekä toimintatapoja on valtavasti erilaisia. Siksi on monia tapoja, joilla höyryjärjestelmien tehokkuuden parantamiskeinot voidaan tunnistaa.
Höyry on auttanut yhteiskuntiaympäri maailman kasvamaan ja kehittymään, ja samalla tavoin nyt on insinöörien vuoro auttaa höyryä säilyttämään paikkansa meidän historiassamme. Tähän mennessä höyry on tehnyt matkastamme palkitsevan, ja se jatkaa samalla tavoin vielä vuosisatoja eteenpäin.
Kaikkien tieteenalojen insinöörit suunnittelevat, rakentavat, uudelleenasentavat, käyttävät ja varmistavat infrastruktuurin ja teknologioiden turvallisuuden, jotta hiiletönEurooppa voidaan saavuttaa.National Engineering Policy Centre, Royal Academy of Engineering
Lähteet:
¹ “Global Energy Perspective 2022,” McKinsey, 26. huhtikuuta, 2022.
² Huomaa, että nollapäästöjen saavuttamisessa ei ole kyse väin hiilidioksidipäästöistä, vaan kaikista kasvihuonekaasuista, mukaan lukien metaani ja fluorikaasuista. Silloin käytämme termiä hiilenpoisto kattaaksemme kaikki asiaankuuluvat päästövähennykset.
National Engineering Policy Centre, Royal Academy of Engineering (https://raeng.org.uk/media/b4jpdttw/net-zero-a-systems-perspective-on-the-climate-challenge-final-nepc.pdf)
“Net-zero heat: Is it too hot to handle?”, McKinsey Sustainability, 22. heinäkuuta, 2022. (https://www.mckinsey.com/capabilities/sustainability/our-insights/sustainability-blog/net-zero-heat-is-it-too-hot-to-handle)