مواد تولید شده توسط صنایع سنگین –شامل تولید مواد شیمیایی، فولاد و سیمان- نقش مهمی را در زندگی روزمره ما ایفا می کنند. مثلا فولادی که در تولید خودرو مورد استفاده قرار می گیرد را در نظر بگیرید، صنعت پتروشیمی دستکش ها و ماسک های مورد استفاده در بیمارستان ها (و این روزها مورد استفاده توسط همه مردم) را تولید می کند، سیمان و بتون برای ساختن ساختمان هایی که ما در آنها ساکن می شویم مورد استفاده قرار می گیرند.
افزایش روزافزون جمعیت نیز به چند برابر شدن تقاضا برای این مواد دامن زده است. از ابتدای هزاره، تقاضای جهانی برای سیمان و فولاد دو برابر شده است و تولید پلاستیک –یکی از فرآورده های اصلی در بخش تولید مواد شیمیایی- بیش از 90 درصد افزایش یافته است. از آنجایی که همه اقتصادهای دنیا در حال توسعه هستند، تولید و استفاده از این محصولات نیز مدام در حال افزایش خواهند بود.
بخش های تولیدی در صنایع سنگین، علاوه بر نقش حیاتی که در زندگی روزمره دارند، بسیاری از نهاده های لازم برای گذار به توسعه پایدار را تولید می کنند. به عنوان مثال، در سناریوی توسعه پایدار، تقاضای فولاد برای فناوری های تولید برق تجدیدپذیر مانند توربین های بادی در سال 2070 تقریبا سه برابر بیشتر از پیش بینی اولیه ما خواهد بود. پلاستیک و سیمان هم برای ساخت فناوری های متنوع پاک و زیرساخت های آن، مانند خودروهای برقی، توربین های بادی و پنل هلی خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرند.
تولید این مواد به مقادیر معتنابهی انرژی، در حدود 2.300 میلیون تن معادل نفت در سال 2019، نیاز دارد که تقریبا معادل کل تقاضای انرژی های اصلی در ایالات متحده آمریکا است.
مقدار بسیار زیادی از انواع سوخت ها برای تولید حرارت، فراهم کردن مواد اولیه برای نهاده ها (به اصطلاح «خوراک» برای محصولات پتروشیمی)، حفظ واکنش های شیمیایی (برای مثال عوامل کاهش در بخش آهن و فولاد) و استفاده از تجهیزات مکانیکی مورد استفاده قرار می گیرند.
انواع انرژی مورد استفاده عبارتند از سوخت های فسیلی (1.900 میلیون تن معادل نفت)، برق (250 میلیون تن معادل نفت) و در مقام مقایسه مقادیر بسیار اندکی از انرژی های زیستی (30 میلیون تن معادل نفت) و انرژی های حرارتی وارداتی (85 میلیون تن معادل نفت).
نمودار 1- تقاضای انرژی نهایی برای بخش های مختلف صنایع سنگین به تفکیک نوع سوخت مورد استفاده، 2019
منبع: IEA
این ترکیب سوخت تاثیر جدی بر انتشار آلاینده ها دارد. بخش های فولاد و سیمان هر کدام در حدود 7 درصد از کل دی اکسید کربن تولیدی توسط سیستم انرژی (شامل فرآیندهای صنعتی) را به خود اختصاص داده است و بخش تولید مواد شیمیایی حتی 4 درصد هم بیشتر انواع آلاینده ها را تولید می کند.
نمودار 2- میزان انتشار مستقیم دی اکسید کربن در بخش های مختلف صنایع سنگین، 2019
منبع: IEA
روی هم رفته، این صنایع سنگین به صورت مستقیم مسوول انتشار مقادیر مشابهی از انواع آلاینده ها هستند که در مجموع از کل حمل و نقل جاده ای یعنی انواع کامیون و تریلی، خودروهای سواری و دو یا سه چرخه ها تولید می شود. اگر قرار است که این صنایع در مسیر آینده پایدار و به سمت یک سیستم بهینه انرژی حرکت کنند، میزان انتشار آلاینده ها توسط آنها باید به شدت کاهش پیدا کند، حتی اگر میزان تقاضا برای محصولات تولیدی آنها افزایش یابد.
چهار چالش اصلی برای رسیدن به صنعت بدون آلایندگی در صنایع سنگین
هیچ بخشی نمی تواند از نیاز به کاهش قابل توجه انتشار آلاینده ها در مسیر رسیدن به صنعت بدون آلایندگی فرار کند. بخش صنایع سنگین و انواع وسائط نقلیه سنگین حوزه هایی هستند که به ویژه کنترل آلودگی در آنها بسیار سخت و پیچیده است.
یکی از دلایل این امر این است که فناوری هایی که باید برای کاهش میزان انتشار انواع آلاینده ها مورد استفاده قرار گیرد، در مقایسه در مراحل اولیه توسعه قرار دارند. علاوه بر این عامل مشترک، صنایع سنگین با چالش های بسیاری در مورد کاهش انتشار آلاینده ها مواجه هستند:
1. عمر دراز دارایی های سرمایه ای: کارخانه های صنعتی معمولا عمر درازی دارند، در صنایع سنگین عمر این دارایی ها بین 30 تا 40 سال است. اگر قرار باشد که این تجهیزات زودتر از این تعویض شوند هزینه های بسیار سنگینی را بر کارخانه داران تحمیل خواهند کرد. به همین ترتیب، آلاینده های ناشی از کارخانه هایی که اخیرا ساخته شده اند را می توان «دائمی» تلقی کرد، مگر اینکه بتوان راهی پیدا کرد تا شدت انرژی مورد استفاده آنها را کاهش داد.
2. نیاز به استفاده از درجه حرارت بسیار بالا: صنایع سنگین برای بسیاری از فرآیندها خود به حرارت بسیار بالا نیاز دارد، که امروزه تنها با سوزاندن سوخت های فسیلی ممکن است. به عنوان مثال، یک کراکر بخار که مواد شیمیایی دارای ارزش افزوده بالا را تولید می کند به درجه حرارتی در حدود 1000 درجه سانتیگراد نیاز دارد. تولید این درجه حرارت بسیار بالا توسط برق، به ویژه در مقیاسی به این بزرگی برای کاربردهایی که از نظر الکتریکی نارسانا هستند، با فناوری های فعلی غیر ممکن و بسیار پرهزینه است؛ علاوه بر این، در دسترس بودن بیوماس محدودیت های بسیاری را برای بکارگیری آن به عنوان یک جانشین ایجاد می کند.
3. آلایندگی ناشی از فرآیندها: فرآیندهای صنعتی متعدد منجر به انتشار انواع آلاینده ها از واکنش های شیمیایی می شود که بخشی از ویژگی های ذاتی فرآیندهای تولیدی فعلی هستند. یکی از مهم ترین مثال ها دی اکسید کربنی است که در نتیجه واکنش تبدیل به آهک تولید می شود که برای تولید کلینکر، که ماده اصلی تولید سیمان است ضروری است.
4. ملاحظات تجاری: بسیاری از محصولات صنعتی در بازارهای به شدت رقابتی جهان (مانند فولاد، آلومینیم و مواد شیمیایی پایه) تولید می شوند. همین موضوع استفاده از روش های گران تر کم کربن به به منظور کاهش انتشار مواد آلاینده را تبدیل به یک چالش بسیار بزرگ برای یک تولیدکننده نوعی یا یک کشور می کند، مخصوصا که بخواهد مزیت قیمتی خود را حفظ کند. از طرف دیگر کاهش حاشیه سود نیز باعث می شود که تامین مالی برای سرمایه گذاری های بالادستی که احتمالا برای حرکت به سمت صنعت بدون آلایندگی مورد نیاز است نیز تبدیل به چالش مهمی برای این کارخانه داران شود.