As vantagens na otimização do sistema de vapor
Como focar hoje é crucial para o amanhã
Se olharmos para os relatórios de progresso sobre as alterações climáticas dos últimos anos, não encontraremos muitos motivos para celebrar. Sabemos o que está em jogo: não conseguir limitar o aumento da temperatura do nosso planeta terá consequências terríveis para todos nós. No entanto, a ação rápida necessária para atingir os nossos objetivos de zero emissões líquidas não está a acontecer. Se estamos numa “Race to Zero”, então porque é que não se parece com um sprintmas sim com uma maratona?
Recue até ao início de 2022. O mundo estava a recuperar de uma pandemia devastadora e as economias estavam a recuperar. Mas se pensávamos que as coisas estavam a melhorar, quando se tratava de alterações climáticas, havia uma desvantagem. As emissões de CO2 provenientes da eletricidade e do calor atingiram o nível mais elevado de sempre, o que levou a Agência Internacional da Energia (AIE) a lançar um claro apelo à ação.
O mundo deve agora garantir que a recuperação global das emissões em 2021 foi um fenómeno pontual - e que os investimentos sustentáveis combinados com a implantação acelerada de tecnologias energéticas limpas reduzirão as emissões de CO2 em 2022…¹
O desafio foi lançado e passou-se mais um ano. Uma época em que se assistiu à agressão na Europa e à emergência de uma crise energética mundial. O impacto sobre as aspirações em matéria de alterações climáticas foi muito forte. No passado mês de março, a AIE informou que “as emissões globais de dióxido de carbono (CO2) provenientes da combustão de energia e de processos industriais aumentaram 0,9% ou 321 Mt em 2022, atingindo um novo máximo histórico de 36,8 Gt."
O melhor que se pode dizer é que, pelo menos, as energias limpas assistiram a um avanço rápido, sem o qual, “o crescimento das emissões de CO2 teriam sido quase três vezes superior."²
Copo meio vazio ou meio cheio?
De qualquer ponto de vista, as perspetivas podem parecer desanimadoras. É um pouco como estar sempre a receber um relatório escolar, que simplesmente -pede "tem de se esforçar mais". Não ajuda o facto de parecermos estar sempre a olhar para trás, para o que poderia ter sido, em vez de olharmos para a frente com otimismo e ambição.
É um exemplo clássico do problema de escala. Quando confrontados com problemas que são muito maiores do que as nossas ações individuais, há uma tendência para ficarmos desmotivados. Os sentimentos de impotência podem dominar ou, em alternativa, recorremos ao otimismo tecnológico.
Podemos ver isto em ação através de uma abordagem visionária para lidar com as alterações climáticas. Sim, esperamos ansiosamente que o hidrogénio verde seja amplamente disponibilizado, que seja capaz de remover o dióxido de carbono e debloqueá-lo para sempre, e saudamos todos os processos inovadores que eliminem a sua produção em primeiro lugar.
Uma vez que conseguem prender a nossa imaginação, estas abordagens parecem ser promissoras quando o lado bom da história é escasso. A inovação será sempre fundamental para lidar com a complexidade e a escala das questões relacionadas com as alterações climáticas. A seu tempo, passarão a fazer parte da nossa vida quotidiana. No entanto, o tempo não está do nosso lado.
Restam apenas sete anos para manter o objetivo de 1,5°C
Esta foi a conclusão do relatório do Painel Intergovernamental para as Alterações Climáticas no início deste ano. Uma chamada de alerta, mas, como sugerem os autores, “zero emissões líquidas de CO2 no setor industrial são um desafio, mas é possível"
Nas suas mais de 2000 páginas, o relatório do PIAC analisa todos os aspetos da crise climática. Quando trata da redução dos gases com efeito de estufa (GEE) no setor energético em geral, sugere que tal “exige transições importantes, incluindo uma redução substancial na utilização global de combustíveis fósseis, a implantação de fontes de energia com baixas emissões, a mudança para fontes de energia alternativas e a eficiência e conservação energéticas.”³
Fazendo eco da mensagem do PIAC, o Diretor Executivo da iniciativa Metas Baseadas na Ciência (SBTi), Luiz Amaral, salientou que para limitar o aquecimento global a 1,5°C é necessário atingir um pico antes de 2025, reduzir as emissões em 43% até 2030, 60% até 2035 e atingir zero emissões no início de 2050.
Não vai ser fácil, mas com a mentalidade certa, podem ser feitos progressos significativos rumo a um futuro mais sustentável.
As organizações com metas validados numa base científica provaram que são possíveis reduções monumentais - reduzindo as emissões de âmbito 1 e 2 em 12%, em média, ano após ano - superiores às reduções anuais de 7,6% necessárias para atingir o objetivo de 1,5°C do Acordo de Paris.⁴
Porque é que a otimização da eficiência não é uma novidade…
É encorajador ver os progressos alcançados pelas 2731 empresas com metas baseadas na ciência, entre as quais nos encontramos. Ao concentrarmo-nos no presente e recusarmos que o status quo controle a narrativa, estamos a fazer progressos. As empresas terão diferentes formas de alcançar os seus objetivos, mas o ponte chave é a eficiência.
Esta foi uma das principais mensagens do Roteiro para a Descarbonização Industrial da administração Biden-Harris, publicado em setembro do ano passado. Sendo o país com as segundas maiores emissões de CO2 do mundo, é de saudar qualquer progresso no sentido de explicar em pormenor a forma como pretende resolver este problema. Reconhecer que 30% das emissões de CO2 relacionadas com a energia nos EUA têm origem na indústria, é o caminho a seguir por cinco das indústrias que mais emitem CO2: refinação de petróleo, produtos químicos, ferro e aço, cimento e os setores alimentar e das bebidas.
Entre os quatro pilares tecnológicos fundamentais identificados, conclui-se que:
“A eficiência energética é uma estratégia de descarbonização fundamental e transversal e é a opção mais rentável para a redução das emissões de GEE a curto prazo.”
Não foi apenas o governo americano que viu a eficiência como parte do plano para evitar a catástrofe climática. A AIE publicou o seu relatório de acompanhamento da eficiência energética no mesmo mês, sublinhando que:
“A eficiência energética é a mais significativa medida individual para evitar a procura de energia no Cenário de Zero Emissões Líquidas até 2050, juntamente com as medidas estreitamente relacionadas com a eletrificação, a mudança de comportamento, a digitalização e a eficiência material.”
Poderá pensar que nada poderia ser mais profissional do que aumentar a eficiência. Isso está na agenda de todos os dias. Então, porque é que estamos constantemente a ser recordados da sua importância?
…e porque é que a otimização do sistema de vapor continua a ser uma prioridade
Amplamente reconhecido por muitas indústrias como sendo uma parte essencial e duradoura dos seus processos, o vapor é uma fonte naturalmente eficiente de energia térmica. Isto não significa que os sistemas de vapor não possam ser melhorados, mas a experiência e o conhecimento técnico especializado significam que sabemos como o fazer.
Há uma série de medidas comprovadas e económicas para melhorar um sistema de vapor. A razão pela qual estas medidas não são adotadas universalmente deve-se a uma combinação de fatores, muitos dos quais não estão relacionados com obstáculos financeiros.
A primeira razão, e a mais simples, deve-se à falta de informação e de conhecimento. Embora relatórios recentes de alto nível tenham apontado a eficiência como um primeiro passo para a descarbonização, os sistemas de vapor são complexos, muitas vezes exclusivos de uma determinada indústria ou mesmo de uma fábrica. Saber onde otimizar, como fazê-lo eficazmente e compreender exatamente quais serão os benefíciosexige ajuda especializada.
Uma série de outros fatores contribuiem para manter a eficiência no topo da lista de "ainda por fazer" de muitas empresas. Muitas vezes, a falta de recursos financeiros dificulta a adoção de medidas com payback de curto espaço de tempo (especialmente para as pequenas e médias empresas). A ausência de apoio da gestão de topo, a incerteza quanto às novas tecnologias e o receio de perturbações na produção, bem como a falta de incentivos governamentais, associada à falta de aplicação da regulamentação governamental, contribuem para a inação.
Além das barreiras gerais que impedem melhorias de eficiência, os sistemas de vapor têm o seu próprio conjunto específico de dificuldades a superar. Tradicionalmente, muitas empresas têm-se concentrado nas caldeiras e não em todo o sistema de vapor que inclui a produção de vapor (caldeiras), a distribuição, os sistemas de recuperação e a forma como o vapor é utilizado.
Embora a otimização do sistema possa ser mais difícil do que a troca de um equipamento, uma vez que requer um conhecimento e uma avaliação mais holística do sistema, muitas das vezes produzirá uma poupança de energia maior em comparação com a substituição de um único componente por um mais eficiente.⁷
E, se a simples substituição de uma caldeira por uma mais eficiente do ponto de vista energético pode parecer fazer sentido, isto não significa necessariamente que todo o sistema de vapor industrial será mais eficiente. Subestimar ou sobrestimar as necessidades de vapor, a má gestão do sistema e o funcionamento do sistema abaixo da sua máxima eficiência são fatores comuns na redução da eficiência global.
Avaliação da otimização do sistema de vapor
Há quase uma década, o relatório da Organização das Nações Unidas para o Desenvolvimento Industrial (UNIDO) analisou os potenciais de eficiência energética para sistemas de vapor industriais.⁷ O objetivo era demonstrar que medidas de eficiência eram rentáveis e calcular o seu valor. A China foi escolhida como caso de teste.
Sete especialistas em vapor dos EUA, Europa e China foram consultados para determinar quais as medidas comuns de eficiência energética que deveriam ser incluídas, as suas poupanças de energia e o custo da sua implementação.
Ao contrário de muitos países, o padrão de consumo de energia da China é dominado pelo setor industrial. Em 2019, a indústria transformadora representava cerca de 55% do consumo total de energia na China e 59,6% da energia do setor transformador provinha do carvão.⁸
Ao chegar a um acordo sobre nove medidas tecnicamente viáveis, os especialistas concluíram que todas, exceto duas, seriam rentáveis, conduzindo potencialmente a uma redução anual das emissões de CO2 de 201,23 MtCO2. Considerando todas as medidas, resultaria num potencial técnico total de poupança de combustível de cerca de 26% do total de combustível utilizado para gerar vapor.
Esta poupança de combustível foi superior ao consumo de energia primária de mais de 160 países do mundo.
Esta tabela apresenta as nove medidas de eficiência dos sistemas de vapor, com os valores selecionados:
Poupança de combustível e redução das emissões de CO₂ anuais cumulativas, percentagem de melhoria da eficiência e potencial de vida útil das medidas de eficiência dos sistemas de vapor industriais na China, classificadas pelo seu CEC final (custo da energia conservada)
| Melhoria típica em % da eficiência energética em relação a práticas de baixa eficiência | Potencial anual cumulativo de poupança de combustível na indústria (PJ/ano) | Potencial anual cumulativo de redução das emissões de CO₂ da indústria (ktCO2/ano) | Duração típica da medida (anos) ) | |
| 1: Gestão do excesso de ar: ajustar o controlo de posicionamento existente (ou controlo simples) | 5.0% | 348 | 34,177 | 0.5 |
| 2: Otimização da combustão | 3.5% | 572 | 56,227 | 12 |
| 3: Otimização do isolamento de tubagens do vapor, válvulas, acessórios e tanques | 5.0% | 868 | 85,368 | 10 |
| 4: Otimização da descarga da caldeira e recuperação de calor da descarga da caldeira | 2.8% | 1,025 | 100,769 | 12 |
| 5: Implementação de um programa eficaz de manutenção de purgadores de vapor | 2.2% | 1,140 | 112,049 | 7 |
| 6: Otimização da recuperação de condensado |
4.1% | 1,346 | 132,304 | 12 |
| 7: Recuperação de energia térmica dos gases de combustão (economizador e/ou aquecedor de ar) |
7.4% | 1,687 | 165,817 | 16 |
| 8: Recuperação de vapor flash |
3.9% | 1,851 | 181,953 | 10 |
| 9: Perda na otimização perda por ignição (LOI) | 5.0% | 2,047 | 201,231 | 10 |
Se pensarmos no prazo de sete anos para fazer progressos reais em direcção emissões às emissões líquidas zero, o tempo de vida destas medidas mostra como a otimização dos sistemas de vapor pode fazer uma diferença real. Embora qualquer melhoria possa ter claramente um impacto, um sistema otimizado na sua totalidade torna os benefícios significativos.
A maioria destas medidas é adequada para todos os sistemas de vapor, independentemente do meio de produção. A variável principal será claramente o impacto nas emissões de CO2.
Reconhecendo a necessidade de energia mais limpa, o Presidente chinês Xi Jinping declarou que o país será neutro em termos de carbono até 2060. É já o maior investidor mundial na transição para as energias limpas, com um compromisso de 266 mil milhões de dólares em 2021, mais de um terço do total mundial (755 mil milhões de dólares).
Mas, como a vida útil média de uma caldeira a vapor é superior a 30 anos, abandonar os combustíveis fósseis levará o seu tempo. Se nos concentrarmos no presente e garantirmos que estão a ser utilizadas todas as medidas de eficiência possíveis, a redução das emissões está ao nosso alcance.
Conseguir uma otimização eficaz em sistemas de vapor
Voltando às estatísticas sobre energia que abordámos no início deste artigo e ao desafio que temos pela frente para atingir os objetivos de zero emissões líquidas, é útil ver como as generalizações em torno da "eficiência" se podem traduzir em ações.
Nenhuma destas medidas aguarda desenvolvimento. Todas são tecnicamente possíveis e, na maioria dos casos, rentáveis num período de tempo relativamente curto. E, mais importante ainda, colherão benefícios tangíveis enquanto as outras tecnologias mais recentes ainda estão na fase inicial da sua evolução.
Desde a publicação do relatório da UNIDO, o potencial de otimização dos sistemas de vapor também evoluiu. Agora, com a rápida adoção da transformação digital, o nosso conhecimento sobre onde a otimização será mais eficaz é muito maior. É algo que o PIAC destacou no seu relatório deste ano:
As tecnologias digitais podem contribuir para a atenuação das alterações climáticas e para o alcance de vários objetivos de desenvolvimento sustentável (confiança elevada). Por exemplo, os sensores, a Internet das Coisas, a robótica e a inteligência artificial podem melhorar a gestão da energia em todos os setores, aumentar a eficiência energética e promover a adoção de muitas tecnologias com baixas emissões, incluindo as energias renováveis descentralizadas, criando simultaneamente oportunidades económicas (confiança elevada).³
No que diz respeito à eficiência, cada país terá os seus melhores desempenhos, que preenchem todos os requisitos, e os seus casos extremos, que nunca pensaram duas vezes na otimização. No entanto, o mais provável é que haja sempre espaço para melhorias.
Utilizando os conhecimentos digitais mais recentes, nunca tivemos melhor oportunidade de obter uma avaliação técnica detalhada das oportunidades de eficiência energética do sistema de vapor. Também os riscos nunca foram tão altos. Embora seja possível que venhamos a assistir a mais notícias dececionantes em torno das alterações climáticas, como Bill Gates disse uma vez, “as más notícias são sempre manchete, e a melhoria gradual não."
¹: Em 2021, as emissões globais de CO2 atingiram o nível mais alto da história - Notícias - AIE
²: As emissões globais de CO2 aumentaram menos do que inicialmente se receava em 2022, uma vez que o crescimento das energias limpas compensou grande parte do impacto de uma maior utilização de carvão e petróleo - Notícias - AIE
³: https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg3/downloads/report/IPCC_AR6_WGIII_FullReport.pdf
⁴: IPCC lança “aviso final” para manter o objetivo de 1,5°C - Science Based Targets
⁵: Roteiro para a Descarbonização Industrial de DOE | Departamento de Energia
⁶: Eficiência Energética – Análise - AIE
⁷: Potenciais de Eficiência Energética em Sistemas Industriais de Vapor na China (unido.org)
Quando o estudo foi elaborado, as caldeiras a carvão representavam cerca de 80-85%, as caldeiras a óleo e gás cerca de 15% e as caldeiras que utilizavam outros combustíveis (por exemplo, eletricidade, biomassa, etc.) menos de 5% da capacidade total das caldeiras na China.
⁸: Como está a mudar a pegada energética da China? | Projecto ChinaPower (csis.org)
⁹: China - Países e Regiões - AIE