Aż 80 proc. emisji dwutlenku węgla w przemyśle powstaje przy produkcji stali, aluminium, cementu, amoniaku i przy wydobyciu ropy i gazu. Świat może zredukować je za 30 lat niemal do zera, ale przedtem musiałby zainwestować ponad 2 bln dolarów w nowe technologie plus dwa razy tyle w infrastrukturę.
W maju 2021 r. Międzynarodowa Agencja Energetyczna (MAE) przedstawiła ambitną wizję (Net Zero by 2050. A Roadmap for the Global Energy Sector) redukcji do zera w ciągu najbliższych trzech dekad emisji gazów cieplarnianych w sektorze energetycznym w świecie. Do przygotowania tej projekcji skłonił MAE niedostatek dotychczasowych starań dla powstrzymania ocieplania się klimatu ziemskiego.
Wizja MAE trafiła na podatny grunt. Przejęte poczuciem fiaska w tej dziedzinie rządy wielu krajów znacznie przewartościowały swoje podejście wobec wzrastających zagrożeń klimatycznych. Wyrazem tego strategiczno-programowego przyspieszenia jest m.in. przyjęty w ubiegłym roku przez Unię Europejską zestaw narzędzi regulacyjnych dla realizacji programu zmniejszenia emisji Fit for 55 (Gotowi na 55). Chodzi o uzyskanie celu przejściowego, jakim jest 55-procentowa do 2030 r. redukcja w krajach europejskich emisji gazów cieplarnianych. Celem ostatecznym jest zapewnienie zeroemisyjności (netto) w europejskiej gospodarce – tak jak to postuluje MAE – do 2050 r.
Najtrudniejszy orzech do zgryzienia
Największym wyzwaniem na drodze do neutralności klimatycznej gospodarek jest ograniczenie emisji dwutlenku węgla i innych spalin w przemyśle. Przemysł jest w skali globalnej „producentem” 30 proc. wszystkich emitowanych gazów cieplarnianych. Aż 80 proc. tego szkodliwego dla atmosfery ziemskiej ładunku powstaje w sześciu branżach – przy wydobyciu ropy naftowej i gazu ziemnego oraz w trakcie produkcji stali, aluminium, amoniaku i cementu.
Postępowi w rozwoju technologii oraz kosztom ich opracowania i pełnego wdrożenia poświęcają swoją uwagę eksperci zgromadzeni przez Światowe Forum Ekonomiczne w Davos. W końcu lipca 2022 r. opublikowali oni raport (The Net-Zero Industry Tracker) opisujący poziom zaawansowania rozwiązań, których zastosowanie pozwoli w przyszłości wyeliminować emisje gazów cieplarniach. Oceniają oni także koszty ich zastosowania. Nie jest to jednorazowa inicjatywa Forum. Planowane kolejne raporty pozwolą niemal na bieżąco śledzić postępy w realizacji długofalowej strategii powstrzymania negatywnych zmian klimatycznych.
Produkcja ma wzrastać, emisje maleć
Redukcja do zera (netto) emisji gazów cieplarnianych w sześciu kluczowych pod tym względem branżach przemysłu nie zakłada – utopijnie – ograniczenia ich aktywności produkcyjnej. Wręcz przeciwnie – liczba mieszkańców globu nadal będzie wzrastać, podobnie jak ich potrzeby materialne, w ślad za powiększającymi się dochodami. Przewiduje się, że do 2050 r. globalna populacja powiększy się o 25 proc., liczba mieszkańców miast wzrośnie o 50 proc., a klasa średnia – motor materialnych zakupów wyrobów trwałego użytku – w tym czasie podwoi się.
Aby sprostać konsumenckim oczekiwaniom wedle scenariusza zakładającego kontynuację znanych już trendów rozwoju (business as usual) świat potrzebowałby do 2050 r. o 16 proc. więcej ropy naftowej, o 30 proc. więcej gazu ziemnego, o 31 proc. więcej stali, o 37 proc. więcej amoniaku, o 43 proc. więcej cementu i aż o 80 proc. więcej aluminium. O 30 do 80 proc. wzrosłyby w tym czasie emisje gazów cieplarnianych tylko w tych sześciu branżach przemysłu.
Nowe technologie produkcji i nowe źródła energii (chodzi przede wszystkim o wodór otrzymywany z elektrolizy) pozwolą – w opinii ekspertów MAE i Forum w Davos – zwiększać produkcję bez zwiększania zużycia surowców i podstawowych materiałów, przy jednoczesnej redukcji emisji gazów cieplarnianych. Dzięki nowym rozwiązaniom, upowszechnianiu recyklingu (co dotyczy przede wszystkim metali), większej efektywności w dalszym wykorzystaniu, znacznie zwiększone potrzeby konsumpcyjne da się zaspokoić przy wzroście produkcji aluminium „tylko” o 58 proc., amoniaku o 23 proc., a stali o 10 proc. Świat obejdzie się bez większej ilości cementu. Dzięki energii otrzymywanej przede wszystkim z wodoru globalne zużycie gazu ziemnego będzie mogło zmaleć o 56 proc., a ropy naftowej nawet o 73 proc. Nie jest to dobra wiadomość dla kluczowych dziś ich producentów i eksporterów – ale to już inna sprawa.
Znane kierunki rozwoju technicznego
Z naukowego i inżynierskiego punktu widzenia założenia nowych rozwiązań są już znane. Znane są już nawet ich nazwy. Na przykład oblicze tradycyjnej, energochłonnej i emisyjnej produkcji amoniaku zmieni zastosowanie technologii wychwytywania dwutlenku węgla, jego utylizacji i magazynowania (CCUS). Przy produkcji „niebieskiego” amoniaku (blue ammonia) emisje CO2 zmniejszą się aż o 90 proc. Zastosowanie w niej wodoru pochodzącego z elektrolizy („zielony” amoniak – green ammonia) całkowicie wyeliminuje emisję gazów cieplarnianych.
Technologia CCUS stosowana ma być także w produkcji cementu. W produkcji stali emisje zmaleją dzięki bezpośredniemu otrzymywaniu metalu z rud żelaza bez wcześniejszego ich topienia w wysokiej temperaturze. Używany ma być w tym celu początkowo gaz ziemny, a w przyszłości wodór. Popyt na gaz i ropę ma się zmniejszyć, ale przy ich wydobyciu także mają powstać instalacje odzyskiwania spalin i innych emisji.
Dzięki nowym technologiom wyobrażalne jest – w ocenie ekspertów zgromadzonych przez MAE i Forum w Davos – zredukowanie emisji dwutlenku węgla (lub jego ekwiwalentu) we wszystkich sześciu najważniejszych dziedzinach przemysłowych. W przypadku najbardziej obciążającej środowisko (nie chodzi tylko o spaliny) produkcji aluminium może nastąpić redukcja emisji z 16,1 ton CO2 przypadających na tonę czystego metalu w 2020 r. do zaledwie 0,5 tony w 2050 r. W przypadku amoniaku emisje dwutlenku węgla mogą zmaleć w tym czasie o ponad 95 proc., stali – o 94 proc., podobnie w przypadku cementu.
/>
Mniejszych efektów – z technicznego punktu widzenia – można spodziewać się w ograniczaniu emisji powstających przy wydobyciu ropy naftowej (redukcja o ok. 70 proc.) oraz gazu ziemnego (ok. 82 proc.). Zakłada się jednak, że paliwem przyszłości będzie wodór, a nie kopalne węglowodory.
Z laboratorium do produkcji
Żadne ze znanych już z laboratoriów nowych rozwiązań nie jest jednak jeszcze gotowe do zastosowań w skali komercyjnej. Najszybciej możliwe byłoby wyeliminowanie emisji powstających przy wydobyciu ropy naftowej, ale jest to nieopłacalne pod względem ekonomicznym. W pozostałych pięciu dziedzinach gotowość do zastosowania nowych rozwiązań w dużej skali ma zostać osiągnięta w latach 2025–2030. Przykładowo pionierska produkcja stali bezpośrednio z rudy żelaza ma być uruchomiona w połowie lat 20.
/>
Kluczową przeszkodą w poważniejszych wdrożeniach są – podobnie jak w przypadku wychwytywania emisji powstających przy wydobyciu ropy naftowej – wysokie koszty koniecznych inwestycji nie tylko w samą produkcję, a także w towarzyszącą jej infrastrukturę. Eksperci pracujący nad raportem Forum w Davos szacują je na nie mniej niż 2,1 bln (tysięcy miliardów) dolarów w same tylko nowe instalacje produkcyjne oraz nie mniej niż 4,2 bln dol. w rozwój koniecznej infrastruktury towarzyszącej. Są to jednak bardzo przybliżone szacunki.
Gigantyczne koszty
Na najwyższe koszty zanosi się w przypadku modernizacji hutnictwa żelaza. Mogą one wynieść razem ok. 2,5 bln dolarów. Pogłębione eksperckie analizy wskazują, że aż 1,75 bln dol. pochłoną wydatki związane z dostarczaniem nowym hutom niskoemisyjnej energii wodoru. Do tego musiałyby dojść szacowane od 200 do 600 mld dol. koszty produkcji samego wodoru oraz od 35 do 109 mld dol. koszty inwestycji związanych z wychwytywaniem, transportem i magazynowaniem odpadowego CO2 (instalacje CCUS).
W innych dziedzinach koszty inwestycyjne będą niższe, ale także idące w dziesiątki i setki miliardy dolarów. W przypadku cementu eksperci z Forum w Davos szacują je na 75 do 140 mld dol. na instalacje produkcji wodoru i 110 do 240 mld dol. na CCUS. Nie mniej niż 510 mld dolarów musiałyby pochłonąć podobne technicznie rozwiązania zastosowane w produkcji aluminium. Spodziewane koszty budowy infrastruktury potrzebnej do produkcji „zielonego” amoniaku to niej mniej niż 850 mld dol. i 450 mld dol. w samym przemyśle.
Zachęty publiczne, kapitał prywatny
W jaki sposób zebrać tak wielki kapitał finansowy dla realizacji wielkiego projektu jakim jest Net-Zero by 2050? W jaki sposób sensownie go, z korzyścią dla klimatu ziemskiego wykorzystać? Nie należy zapominać, że wszystkie sześć dziedzin podstawowego przemysłu rozwija się w dominujących warunkach gospodarki rynkowej. W każdej z nich jest silna konkurencja pomiędzy globalnymi producentami, marże zysku są niskie, a kapitałochłonność inwestycji bardzo wysoka. Huta np. stali musi pracować nie mniej niż 25 lat aby zwrócić koszty poniesione na jej budowę.
Nawet najbogatszych prywatnych przedsiębiorców nie stać na ponoszenie ryzyka wydania dziesiątek i setek miliardów dolarów na inwestycje, które przyniosą być może zyski, ale dopiero za kilkadziesiąt lat. Cierpliwości takiej nie mają także akcjonariusze. Budżetów państw, osłabionych zresztą w czasie pandemii, też nie stać na tak niepewne inwestycje. Rządy nie mogą jednak jednocześnie lekceważyć skutków zmian klimatycznych.
Aktywatorami Net-Zero transformacji – jak wylicza raport ekspertów Światowego Forum Ekonomicznego w Davos – są kapitał, technologia, infrastruktura, popyt i polityka regulacyjna. Aby je wszystkie uruchomić potrzebna jest m.in. aktywniejsza rola rządów tam, gdzie ich udział może zachęcić prywatnych przedsiębiorców do oczekiwanych zmian technologii i inwestycji.
Polegać to może np. na wsparciu finansowym – poprzez np. granty lub ulgi podatkowe – budowy instalacji pilotażowych technologii znanych na razie jedynie z laboratoriów. Aktywniejsza rola państw może dotyczyć budowy infrastruktury dla przyszłych rozwiązań w przemyśle. Polityka regulacyjna może stwarzać zachęty do korzystania z nowych rozwiązań producentów, a także wpływać na zachowania konsumenckie. Ochrona przed zmianami klimatycznymi wiązać się będzie wówczas także z wyższą marżą zysku, a to warunek zaangażowania kapitału nie tylko publicznego, ale także prywatnego.