Наступила весна. Небо проясняется, деревья расцветают, и уже сейчас хочется запасти этот солнечный свет на случай суровой зимы.
Хотя я пока не могу влиять на мировую погоду (но это временно), поразительно, насколько много контроля у большинства из нас над температурой почти во всех сферах жизни. Мы выставляем термостат на точные 22 °C, принимаем горячий душ и даже можем сесть в теплую машину в холодный день.
Но есть еще одна область, где наше мастерство контроля температуры менее очевидно, но, возможно, еще более важно: производственные процессы, лежащие в основе строительных блоков нашей жизни. Наличие тепла по требованию необходимо для производства… практически всего.
Проблема в том, что исторически температурный контроль в промышленности зависел от ископаемого топлива, такого как уголь и природный газ, что является настоящим климатическим кошмаром: только промышленное тепло отвечает примерно за 20% глобальных выбросов. Все больше специалистов ищут новые способы регулирования промышленных термостатов, поэтому давайте рассмотрим, какие технологии доступны и куда мы движемся дальше.
Нагрев
Когда я говорю, что тепло используется повсеместно в промышленности и производстве, я имею в виду повсеместно. Но его применение может сильно различаться. Одни отрасли, такие как пищевая промышленность и производство бумаги, требуют относительно невысоких температур. Например, для продления срока годности молока путем уничтожения вредных бактерий (пастеризация) требуется нагрев до температур ниже 100 °C (212 °F). С другой стороны, для производства стали может потребоваться нагрев до 1500 °C (2700 °F), чтобы расплавить железо и запустить химические реакции, укрепляющие металл.
В целом на тепло приходится три четверти всей энергии, используемой в промышленных процессах, и только одна четверть — на электричество. Таким образом, пока многие из нас сосредоточены на том, как очистить электросеть, питающую наши дома и все большее число наших автомобилей, перед промышленностью стоит еще более масштабная задача по удовлетворению своего спроса на тепло.
В сентябре 2022 года Министерство энергетики США объявило о программе под названием Industrial Heat Shot, направленной на разработку технологий промышленного тепла, которые к 2035 году сократят выбросы как минимум на 85%.
Что действительно интересно, так это то, что, поскольку разные отрасли требуют сильно различающихся диапазонов тепла, мы можем увидеть разработку целого множества технологий.
Сжигание
Один из проверенных временем методов получения тепла — сжигание чего-либо, например, ископаемого топлива. Единственная проблема в том, что это выбрасывает в атмосферу углекислый газ и другие мощные парниковые газы. Если мы хотим достичь наших климатических целей, нам нужно поджигать нечто иное.
Многие возлагают надежды на водород как на универсальное, экологически чистое топливо. Преимущества очевидны: сжигание водорода производит только воду, и он может достигать сверхвысоких температур, необходимых для некоторых наиболее загрязняющих отраслей, таких как производство стали и цемента.
Однако происхождение водорода будет иметь значение. «Серый» водород, получаемый с использованием природного газа, в значительной степени сведет на нет весь смысл перехода. «Зеленый» водород, производимый с использованием возобновляемой электроэнергии, будет более климатически дружественным путем, хотя он и потребует колоссального нового объема этой электроэнергии.
Простая замена нынешнего производства водорода из ископаемого топлива на зеленый водород потребует около 4500 тераватт-часов электроэнергии, что сопоставимо с общим объемом производства в США. И нам понадобится гораздо больше водорода, чем мы производим сейчас, если он будет широко использоваться в промышленности.
К слову: улавливание и хранение углерода может позволить некоторым промышленным процессам продолжать использовать ископаемое топливо для нагрева, одновременно улавливая образующиеся выбросы. Однако эта технология все еще дорога и не получила широкого признания, поэтому многие предостерегают от чрезмерной на нее опоры.
Зарядка
В тех случаях, когда не требуются столь высокие температуры, на сцену может выйти электричество.
Возможно, вы помните мой материал о тепловых насосах, вышедший пару месяцев назад: эти почти волшебные устройства используют электричество для перемещения тепла из одного места в другое. Тепловые насосы могут использоваться для отопления и охлаждения домов, а новые разработки могут позволить им обеспечивать теплом и промышленные нужды.
Современные тепловые насосы обычно могут выдавать температуру до 100 °C (212 °F). Но существуют ранние демонстрации и прототипы промышленных тепловых насосов, способных достигать 200 °C (400 °F), что, по данным Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, могло бы покрыть около половины общего потребления тепла в промышленности США.
Проблема использования электричества для тепла та же, что и проблема использования электричества в целом: если вы хотите использовать возобновляемые источники, вам нужно понять, как обеспечить подачу электричества тогда, когда это необходимо.
Многие промышленные процессы не включаются и не выключаются мгновенно, поэтому даже если ветер стихнет и сядет солнце, вам нужно поддерживать работу процесса. Аккумуляторы могут помочь, как и атомная энергетика, геотермальная энергия и все те решения, над которыми работают люди для стабилизации сети.
Но все больше стартапов работают над другим способом использования электрического тепла в промышленности: «тепловыми батареями». Эти устройства используют механизм, схожий с тем, что находится в тостере, для преобразования электричества в тепло, которое затем хранится в стопках кирпичей. Это уникальный подход к хранению энергии и к использованию возобновляемой электроэнергии.
Я подробно писал об этих таинственных горячих кирпичах, так что если хотите узнать больше, ознакомьтесь с моим материалом, вышедшим в понедельник.
Если тепловые батареи окажутся эффективными и надежными, они могут сыграть большую роль в обезуглероживании промышленного тепла. Но в конечном итоге водород, тепловые насосы и целый ряд других технологий, вероятно, должны будут сыграть свою роль, чтобы промышленность достигла своих климатических целей.
Связанное чтение
- Дешевая возобновляемая энергия делает зеленый водород конкурентоспособным по отношению к ископаемому топливу.
- Вот как электричество и водород могут очистить тяжелую промышленность.
- Мы вступаем в эпоху тепловых насосов. Вот все, что вам нужно знать об их работе.
- Я просто не могу перестать говорить о горячих кирпичах.
Следим за климатом
Новый пикап от Ram будет оснащен самой большой аккумуляторной батареей в отрасли. Да, даже больше, чем в том гигантском Hummer EV. (TechCrunch)
Ascend Elements открыла крупнейший завод по переработке аккумуляторов в США. Объект производит «черную массу» — первый этап изготовления новых аккумуляторов из старых — и может перерабатывать материалы примерно 70 000 автомобилей ежегодно. (Canary Media)
→ Чтобы узнать больше о том, как все это работает, ознакомьтесь с моим подробным обзором переработки аккумуляторов, вышедшим ранее в этом году.
Проекты возобновляемой энергетики застряли в многолетней очереди на подключение к сети. А когда приходит время подключаться, цена может оказаться высокой. (CNBC)
Один из крупнейших производителей нефти и газа в США работает над извлечением углерода из атмосферы с помощью прямого улавливания воздуха. Генеральный директор Occidental Petroleum заявляет, что усилия компании в области этой технологии помогут ей достичь климатических целей, одновременно позволяя ей продолжать бурить больше нефти и газа. (Wall Street Journal)
Извлечение соли из морской воды может стать чудо-решением для Калифорнии и других регионов, страдающих от засухи по всему миру. Но опреснение морской воды гораздо сложнее, чем кажется на первый взгляд. (Gizmodo)
Автопроизводители дистанцируются от проектов по добыче полезных ископаемых на морском дне, касающихся их электромобилей (и важнейших металлов внутри них). (Washington Post)
→ Я писал о том, что происходит с добычей на морском дне, в рассылке на прошлой неделе — прочитайте, если хотите быть в курсе.
Мелкий электротранспорт, такой как моторикши, электрифицируется. Это может иметь большое значение для климата. (The Atlantic)
Эта крошечная батарея может обеспечить запас хода в 1600 км для электромобилей, если она выберется из лаборатории. Но у твердотельных аккумуляторов все еще есть некоторые технические проблемы, которые предстоит решить. (Inside Climate News)
Новый фильм исследует тонкости радикальных экологических протестов. Несмотря на свое название, «Как взорвать трубопровод» — это меньше руководство к действию, чем исследование роли экосаботажа в климатической борьбе. (The New Republic)
