工业部门占全球能源消耗的很大一部分,是温室气体排放的最大来源之一。 向这些部门100%可再生能源的过渡不仅仅是一项环境必须解决的问题 — — 这是减少污染、节约资源以及建设更可持续的经济的实用战略。 这一转变涉及用太阳能、风能、水能、地热和生物量等能源取代化石燃料发电,这些能源产生的排放极少,在整个生命周期的环境足迹也远远低于其他能源。

工业能源需求和排放的规模

工业消耗了全世界三分之一的能源,而大部分能源仍然来自燃烧的煤炭、石油和天然气。 工业过程的直接排放 — — 包括钢铁制造、水泥生产、化学制造和食品加工 — — 占全球二氧化碳排放的24%。 这些排放很难减少,因为它们往往需要高温热量或具体的化学反应。 然而,可再生能源可以提供电力和热能(通过太阳能热能、生物量或绿色氢气),以取代化石燃料,在许多工业应用中,国际能源机构(IEA)指出,去碳化工业对于实现净零目标至关重要,可再生能源将发挥核心作用。

二氧化碳、工业化石燃料燃烧释放出二氧化硫、氧化氮、颗粒物和挥发性有机化合物,这些物质危害人类健康和生态系统。 通过转向可再生能源,工业可以大幅改善当地空气质量,减少酸雨,并降低与燃料提取和运输相关的有毒溢出风险。

深潜:转换到100%可再生能源的环境效益

温室气体减排量

可再生能源在运行期间产生近零的温室气体排放,例如,太阳能光伏在生命周期(包括制造和处置)中排放约40克二氧化碳当量/千瓦时,而煤电厂则排放800克二氧化碳当量/千瓦时。 以太阳能热能或风能发电来取代一个单一的大型燃煤工业锅炉,每年可消除数千吨二氧化碳。如果与能源效率措施相结合,向可再生能源的过渡将提供一个减少工业碳足迹的最大单一杠杆。

绿色氢能使用可再生电力生产,可以在钢制造和氨生产等过程中取代化石燃料。 根据国际可再生能源机构(IRENA),绿色氢能到2050年可以将工业二氧化碳排放量减少30%。

提高当地和区域空气质量

化石燃料燃烧释放出二氧化硫、氧化氮和颗粒物,导致烟雾、呼吸系统疾病和过早死亡。 世界卫生组织估计,化石燃料造成的空气污染每年造成420万人死亡。工业区往往是空气质量差的热点。转向风和太阳能可以消除这些燃烧副产品。此外,可再生设施不需要与煤和气体有关的广泛的采矿和运输网络,这些网络会产生灰尘、柴油烟雾和水污染。美国环境保护局(环保局)的一项研究 显示,用可再生能源取代煤电每年可以防止成千上万的过早死于空气污染。

水的养护和水质保护

常规热电厂(煤、天然气、核)需要大量水冷却,经常从河流和湖泊中抽取,这破坏了水生生态系统。 一旦通过冷却系统,每年就会杀死数十亿个鱼幼虫和卵子。太阳能光电和岸风等可再生能源使用可忽略不计的水运行。即使集中太阳能和水电,每千瓦时的水消耗量也大大低于化石燃料。此外,避免煤矿开采和液压分解,防止地下水受到重金属、化学品和盐碱盐水的污染。 向可再生能源的过渡保护了水量和质量,特别是在工业与农业和社区竞争的水稻地区。

土地使用和生物多样性惠益

化石燃料开采是破坏生境、砍伐森林和土壤侵蚀的主要原因。煤矿开采带山顶、石油钻探片林和天然气基础设施的双虫迁移走廊。 可再生能源系统通常每单位生产的能源有较小的土地足迹,特别是在屋顶、棕地或双重用途农田(农业用地)上。 近海风力农场如果适当选址,可以与海洋生物共存,而地面上的太阳能则可以设计为有利于授粉者的植被。 然而,水电坝可以破坏河流生态系统,因此必须仔细选择选址。 总体而言,与可再生能源有关的土地使用变化远不如目前对矿物燃料基础设施的大规模扩展。

减少其他污染物和废物

燃烧化石燃料释放出重金属,如汞和铅,它们聚集在食物链中。煤燃烧的副产品煤灰含有砷、镉和硒,最终往往会流入无线池塘,渗入地下水。 核燃料循环还产生长寿命的放射性废物。可再生能源系统在运行期间不会产生这种有毒副产品。它们的报废材料 — — 太阳能电池板、风轮机叶片 — — 基本上可以循环利用,并且正在努力最大限度地扩大该行业的循环。

克服挑战:技术、经济和一体化

向工业100%可再生能源过渡在技术上是可行的,但需要克服若干障碍。 许多工业过程需要高温热(400°C以上),而单靠可再生能源还不能提供成本效益高。 然而,解决方案正在出现:可再生能源发电的电弧炉、过程热的集中太阳能热和直接减少铁矿石的绿色氢。 能源储存、热泵和智能电网有助于管理太阳和风的变异性,确保可靠的24/7供应。

太阳能、风能或电池存储的初始资本投资可能很高,但成本下降和长期储蓄使得可再生能源越来越具有竞争力。 许多行业也可以受益于可再生能源批发(PPAs)的电力购买协议,其价格往往低于电网。 碳定价、可再生能源组合标准和补贴等政府政策进一步加快了采纳速度。 [ IEA 指出,如果采取支持性政策,工业可再生能源的使用到2030年可以翻三番。

智能网格和能量存储

工业设施是需求反应和后方存储的理想候选设施。 通过调整流程以适应可再生发电峰值,工业可以提高电网稳定性,同时降低成本。 电池存储、压缩空气能量存储和热存储可以让工厂储存多余的可再生能源供以后使用。 这些技术正在迅速成熟;锂离子电池成本在过去十年中下降了90%。

部门特定机会

  • 水泥和混凝土:[ 具有可再生动力并使用替代低碳燃料的电窑可大大减少排放量,还正在探索可再生能源的碳捕获动力。
  • Steel:[]绿色氢基直接还原与电弧炉熔化相结合的实验性实验已经进行了. 风和太阳能提供了电解的清洁电力.
  • 化学和石油化工:[ 蒸汽裂解器可以电气化,绿色氢可以取代氨和甲醇生产中化石衍生的氢.
  • 食品和饮料:[ 太阳能热能用于蒸汽,有机废物产生的沼气,制冷的风力被广泛部署在进步公司.

政策和经济驱动因素

巴黎协议等国际协定将各国推向去碳化,许多国家已经设定了需要工业转型的净零目标。 碳边界调整机制(如欧盟碳排放调整机制)将惩罚碳足迹高的进口,为使用可再生能源的工业生产者提供优势。 对可再生能源的投资也创造了制造业、安装和维护岗位 — — 单位能源比化石燃料多得多。 根据国际劳工组织(劳工组织) ,可再生能源部门到2050年可雇用4000多万人。

个案研究与现实世界的进展

几个工业巨头已经承诺100%的可再生能源。 比如,苹果、谷歌和微软已经实现了或接近100%的可再生能源,用于其庞大的数据中心和办公室。 在重工业部门,SSAB(钢)和Norsk Hydro(铝)等公司正在分别率先使用绿色氢和水电进行无化石生产。 世界上第一家商业规模的绿色钢厂于2021年在瑞典开始运作,利用可再生能源进行电解。 这些例子证明,转型不仅是可能的,而且是盈利的。

结论:一条明确的前进道路

向100%可再生能源的工业部门过渡带来了深远的环境效益:大幅削减温室气体排放、大幅改善空气和水质、保护自然资源和保护生态系统。 尽管技术和经济挑战依然存在,但正通过创新、政策支持和成本下降来迅速应对。 从钢铁制造到食品加工的每一个行业都可以为实现这一目标采取可操作的步骤。 结果将是一个更健康的地球、更强大的经济体和更具复原力的社区。 工业部门必须接受这一转型,而不是作为我们时代的重担,而是作为我们时代的决定性机遇。