脫碳燃料挑戰(zhàn)

在能源供應(yīng)、成本和脫碳潛力方面，主要燃料選擇給玻璃行業(yè)帶來了哪些挑戰(zhàn)和機(jī)遇？加里·卡夫報(bào)道。

自2015年12月在第21屆締約方會(huì)議上達(dá)成《巴黎協(xié)定》以來，各方承諾將全球變暖控制在比工業(yè)化前水平高1.5°C的水平，以避免氣候變化的最嚴(yán)重影響。但對(duì)于玻璃行業(yè)來說，這意味著什么呢？玻璃行業(yè)歷史上主要依賴于碳排放的化石燃料來進(jìn)行熔化過程？容器玻璃客戶會(huì)轉(zhuǎn)向紙張、生物塑料或鋁嗎？平板玻璃和餐具怎么樣？是否有一種低碳玻璃熔制工藝可以確保其在脫碳經(jīng)濟(jì)中的使用？

考慮到《巴黎協(xié)定》確定的脫碳軌跡，政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）表示，為了將全球變暖限制在1.5℃，到2050年左右，世界必須實(shí)現(xiàn)碳中和。圖1中的全球排放預(yù)測(cè)顯示，在目前的努力下，2030年至2050年全球變暖可能達(dá)到1.5℃（1）。歐文斯伊利諾伊州、NSG和圣戈班都通過參與基于科學(xué)的目標(biāo)倡議，對(duì)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)作出了公開承諾，該倡議要求按照全球目標(biāo)實(shí)現(xiàn)碳中和的個(gè)人軌跡。這表明，玻璃行業(yè)最大的參與者正致力于徹底降低其熔化過程中的二氧化碳含量——可能會(huì)徹底消除化石燃料。

今天有什么選擇？

從可持續(xù)能源的角度來看，有許多潛在的燃料選擇和方法，但本文將重點(diǎn)介紹當(dāng)今最具潛力的四種來源：天然氣——一切照舊；氫氣——被認(rèn)為與天然氣相似，但由于缺乏成熟的基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)，這是一個(gè)很大的進(jìn)步；使用天然氣或氫氣的混合動(dòng)力——這是技術(shù)上尚未確立的又一重大進(jìn)步；全電動(dòng)（2）——重新設(shè)計(jì)并擴(kuò)大一項(xiàng)有100多年歷史的技術(shù)，以滿足當(dāng)今行業(yè)的需求。

為什么會(huì)有不同的想法？

從歷史上看，在提交給新爐子管理層的業(yè)務(wù)案例中，能源成本被降到了一到兩行。同一個(gè)商業(yè)案例用了200行或更多行來分析資本支出明細(xì)?？梢酝茰y(cè)，在只有一種燃料可供選擇的情況下，由于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手面臨著相同的未來市場(chǎng)條件，因此進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行建模是毫無意義的。

現(xiàn)在方程中有多個(gè)不同的變量：天然氣、電力、碳和可再生電力。其中每一項(xiàng)都有不同的基本面，并受到各國(guó)主權(quán)風(fēng)險(xiǎn)的獨(dú)立影響。

現(xiàn)在考慮一下，將能源成本數(shù)字調(diào)整10%可能比資本支出變化50%產(chǎn)生更大的美元/噸差異。換言之，與選擇固定價(jià)格可再生電力驅(qū)動(dòng)的全電爐的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，人們可以非常努力地降低天然氣爐設(shè)計(jì)的資本支出，結(jié)果只有10%的天然氣價(jià)格上漲才能完全抵消這些節(jié)省。在電子表格的一行中很復(fù)雜也很難量化，對(duì)吧？

這些選項(xiàng)可以是碳中和的嗎？

從三種最具挑戰(zhàn)性的脫碳燃料源開始：天然氣、混合電力/天然氣和蒸汽甲烷重整（SMR）產(chǎn)生的氫氣。所有這些都需要在碳捕獲和儲(chǔ)存或利用技術(shù)（CCS/CCU）上取得突破。為了使CCS/CCU在這一領(lǐng)域的試點(diǎn)項(xiàng)目得以啟動(dòng)，人們進(jìn)行了許多嘗試，但只有少數(shù)幾個(gè)項(xiàng)目獲得了政府補(bǔ)貼，而顯示出商業(yè)應(yīng)用潛力的項(xiàng)目更少。

當(dāng)使用可再生能源時(shí)，電解產(chǎn)生的氫氣確實(shí)可以是碳中性的，但根據(jù)近似計(jì)算，電解產(chǎn)生的氫氣熔化玻璃所消耗的能量幾乎是直接使用電力的兩倍（見圖2）。盡管如此，也可以設(shè)想這樣一種情況，即由于技術(shù)優(yōu)勢(shì)，混合動(dòng)力方法相對(duì)于全電動(dòng)的額外能源和技術(shù)成本是值得的，或者至少值得考慮。技術(shù)上的突破，例如用低成本豐富的金屬制成的新電極表面和電解改進(jìn)，能將能源效率降低近50%，如果這些技術(shù)被證明是商業(yè)上可行的，可能會(huì)有所幫助。

全電爐當(dāng)然可以由來自世界各地許多電網(wǎng)的可再生電力供電，因此可以被認(rèn)為是碳中性的。特別是如果將新的200 GWh的年需求量與電網(wǎng)上新的可再生能源裝置的200 GWh相匹配，即使目前電網(wǎng)遠(yuǎn)未達(dá)到碳中和。

供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)是什么？

能像每個(gè)人都期待的天然氣那樣，以安全可靠的形式提供能源嗎？事實(shí)上，天然氣還會(huì)供應(yīng)嗎？不僅僅是身體上的，世界會(huì)允許嗎？超過60個(gè)國(guó)家已經(jīng)或正在考慮將碳中和納入法律。2019年，歐盟提出了歐洲綠色協(xié)議，目標(biāo)是到2050年成為第一個(gè)氣候中立的大陸。歐盟委員會(huì)希望不遺余力地審查每一項(xiàng)歐盟法律法規(guī)，以使其與新的氣候目標(biāo)保持一致。這將從可再生能源指令和能源效率指令以及排放交易指令開始。在占全球經(jīng)濟(jì)22%的歐盟，化石燃料很可能很快就會(huì)成為經(jīng)濟(jì)懲罰。

這將導(dǎo)致對(duì)綠色氫的巨大需求，從目前的約4%大幅上升。此外，國(guó)際能源署（iea）關(guān)于氫能未來的報(bào)告顯示，目前政府對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)的政策支持還有很長(zhǎng)的路要走。這種供需緊張使得綠色氫氣解決方案充其量也顯得頗具挑戰(zhàn)性。

另一種選擇是全電動(dòng)。盡管電網(wǎng)已經(jīng)建立，但由于工業(yè)、家庭和電動(dòng)汽車的電氣化需求增加，需要大量投資，以確保電力輸送和供需平衡。國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)（IRENA）關(guān)于全球能源轉(zhuǎn)型的報(bào)告估計(jì)，2050年前需要在電網(wǎng)和能源靈活性方面投資18萬億美元。然而，可再生能源的增長(zhǎng)是顯著的，每年的投資超過2.5萬億美元，這帶來了機(jī)遇。

量化風(fēng)險(xiǎn)和發(fā)現(xiàn)機(jī)會(huì)

由于所有這些不同的基本面在發(fā)揮作用，至關(guān)重要的是，高級(jí)管理人員的玻璃制造公司是充分了解和了解的風(fēng)險(xiǎn)和機(jī)遇所在。專業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)碳、天然氣和電力10年以上的穩(wěn)定展望是構(gòu)建潛在情景的關(guān)鍵。多個(gè)場(chǎng)景加上嚴(yán)格的敏感性分析表明會(huì)發(fā)生什么，因此，最現(xiàn)實(shí)的結(jié)果可能是什么。只有這樣，管理團(tuán)隊(duì)才能滿懷信心地進(jìn)入這個(gè)勇敢的新世界。

減少這些市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)的一個(gè)手段是使用可再生能源，因?yàn)榭稍偕茉椿旧蠜]有邊際生產(chǎn)成本，也沒有燃料成本，因此可以在財(cái)務(wù)上與能源市場(chǎng)脫鉤。風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電技術(shù)的成本也在下降，企業(yè)的實(shí)施也在上升。澳大利亞、美國(guó)和越來越多的歐洲（見圖3）（3）是所謂的企業(yè)購(gòu)電協(xié)議（PPA）的溫床，因?yàn)樯虡I(yè)和工業(yè)買家將其視為批發(fā)市場(chǎng)前景的低成本和低風(fēng)險(xiǎn)替代品。不僅是企業(yè)對(duì)消費(fèi)者（B2C）或電信行業(yè)希望樹立綠色形象。藍(lán)鏡鋼鐵（BlueScope Steel）、鮑爾公司（Ball Corp）和康明斯（Cummins）只是工業(yè)企業(yè)利用這些機(jī)會(huì)的幾個(gè)例子。

結(jié)論

不幸的是，預(yù)測(cè)未來并不容易，但可以采取措施來了解各種可能性?；c(diǎn)時(shí)間展望未來，充分了解未來能源成本和可用性，利用可靠的10年能源市場(chǎng)前景，為管理團(tuán)隊(duì)構(gòu)建可靠的方案。在選擇能源時(shí)，通過找出相關(guān)技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施的投資地點(diǎn)，考慮供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。

提前研究這一點(diǎn)很重要，否則，在項(xiàng)目中，選擇的能源供應(yīng)在技術(shù)上不可用的事實(shí)可能會(huì)被發(fā)現(xiàn)得太晚。最后但并非最不重要的一點(diǎn)是，利用可再生能源來降低風(fēng)險(xiǎn)和綠化投資組合。