低碳技术报告委员会

在印美战略清洁能源合作伙伴关系的可持续增长支柱下 委员会组成 目录 前言 v组成部际委员会iii 关于印美战略清洁能源合作下的可持续增长支柱1 21. 简介 4. 水泥行业脱碳 5. 钢铁行业脱碳选择17前进之路18 附件I 26 7. 附件二 28 关于印美战略清洁能源伙伴关系下的可持续发展支柱 美国与印度之间能源合作的漫长历史推动了人们的生活和生计。2021年4月领导人气候峰会边缘，拜登总统和莫迪总理宣布启动一项新的双边伙伴关系，以推进共同的气候和清洁能源目标。《美印气候和清洁能源2030年议程伙伴关系》包括战略清洁能源伙伴关系（SCEP），该伙伴关系先前于2018年作为战略能源伙伴关系设立，并取代了先前政府间能源合作对话——美印能源对话。复苏的SCEP将继续推进能源安全和创新，更加注重流程和终端使用的电气化和脱碳，扩大新兴清洁能源技术，同时寻找难以脱碳领域的解决方案。与私营部门和其他利益相关者的接触将保持优先地位。 美国-印度战略清洁能源伙伴关系下的可持续增长（SG）支柱在推进低碳发展和通过气候响应策略、长期计划和能源数据管理来改善包容性和可持续经济增长中扮演着更广泛的角色。印度正在充分利用其不断发展和多样化的经济，利用其人口红利，并从其快速的城市化中获益。通过解决能源问题，同时确保作为气候责任国家的金融和环境可持续性，该国的发展可以进一步得到提升。印度正在优先考虑能够改善能源安全、可靠性和可负担性的策略，以及普遍能源获取和能源系统对网络攻击和极端天气事件的恢复力。作为2021-22年支柱议程的一部分，成立了三个委员会，分别就能源数据管理、低碳技术和从煤炭到公正转型的关键问题进行讨论。 1.1气候变化带来的挑战，迫切要求采取清洁和环保的技术。可持续发展目标第9项将提高资源利用效率和更大范围采用清洁技术和工业工艺作为其目标之一。工业排放约占全球温室气体（GHG）排放的28%，其中90%是二氧化碳排放。 1.2在印度背景下，产业贡献了印度总温室气体排放的四分之一左右。在产业内部，一半的排放来自钢铁和水泥行业——无论是通过能源使用还是产业工艺排放。为了达到应对气候变化的既定目标，需要解决难以减排的领域。 2. 碳中和OF INDUSTRIES 1. 原料加工产生了关注行业中约45%的二氧化碳排放。这些排放只能通过改变原料或工艺来降低，而不能通过转向低碳能源来实现。 2. 钢铁和水泥等行业对高温热的需求量很大（在重点行业中，高温热需求范围从700°C到超过1,600°C，占二氧化碳排放量的35%）。用电力或氢气替代化石燃料进行热能产生，需要显著改变生产工艺和开发替代炉型设计。在高达约1,000°C的温度范围内，需要电炉技术的适应和规模化。对于超过约1,000°C的温度，如水泥生产所需的温度，需要开展研究以开发工业规模的电炉。 3. 钢铁是全球贸易的商品（水泥不是）。采用低碳工艺和技术提高生产成本的公司或国家，将会发现自己与不采用这些工艺和技术的工业生产者相比处于成本劣势。 4. 由钢铁或铁行业制造的产品基本上是商品，成本是购买决策中的决定性因素。因此，这些行业的公司主要在价格上竞争，实施增加生产成本的脱碳选项将使它们处于不利地位。 2.2工业企业可以通过多种方式减少二氧化碳排放，最佳的本地组合取决于生物能源的可用性、碳储存能力、低成本零碳电力和氢气的供应，以及生产能力的预期变化。 2.3 行业存在以下脱碳选择： 1.需求侧措施：降低工业产品的需求应导致生产和二氧化碳排放量下降。例如，减轻重量可以减少对钢的需求，水泥可以用木材等材料替代。此外，提高产品的循环利用率，例如通过增加塑料和钢的回收或再利用，通过减少原生材料的生产来减少二氧化碳排放。 2.能源效率提升：能源效率的提高可以从经济上降低能源使用的燃料消耗20%到40%。不同部门和设施在能源效率方面的潜在收益将有所不同。使用较少的化石能源生产工业产品将降低二氧化碳排放。 3.电气化供热：化石燃料用于供暖产生的排放可以通过转向使用零碳电力的锅炉、炉子和热泵来减少。电气化供暖可能涉及生产过程的改变。例如，为了实现乙烯生产的电气化，公司需要安装电炉和电动压缩机。 4.氢气使用：化石燃料燃烧产生的热能排放和某些原料排放可以通过替换为零碳氢而得到缓解。氢气通过使用零碳电力进行水的电解来产生。例如，可以通过用零碳氢替换天然气原料来实现氨生产的脱碳。 5.生物质利用：与氢气一样，可持续生产的生物质可以替代某些燃料和原料。根据所需的燃料或原料，生物质可以以固体（木材、木炭）、液体（生物柴油、生物乙醇）或气体（生物气）的形式使用。例如，巴西的钢铁生产商使用木炭作为燃料和原料，而不是煤炭，而几个欧洲国家的化学生产商在化学生产中试验使用生物轻烃。 6.碳捕集：利用碳捕集技术，可以从工业生产产生的废气中收集二氧化碳，阻止其进入大气层。二氧化碳可以储存于地下（CCS），或作为其他过程的原料，通过碳捕获与应用（CCU）。 7. 高级超超临界技术 a. 在印度的政府制裁下，由印度原子能研究中心（IGCAR）、原子能部（DAE）、卡尔帕卡姆；印度重型电气有限公司（BHEL）和国家电力公司（NTPC）组成的联合体，于2017年4月1日开始实施开发先进超超临界（AUSC）发电技术的研发项目，并于2020年12月31日成功结束。整个项目的实施由印度重工业部（DHI）在印度北方邦诺伊达设置的使命指挥部非常积极地领导。一个高级委员会——称为领导委员会（OAC）——在引导该项目成功完成方面做出了重大贡献。OAC由印度政府首席科学顾问主持，成员包括NITI Aayog的科学与技术成员；DAE秘书长；电力部秘书长；DHI秘书长和财政部秘书长。AUSC项目主任是该委员会的成员兼秘书。 b. 虽然联合体在完成AUSC项目的本土化设计（即涡轮机的叶轮和外壳）过程中面临挑战，但项目仍然成功完成了。那个设计，顺便提一下，是一项全球首创，还伴随着其他几项全球首创。 c. 在已完成的成功研发工作的基础上，印度政府支持下，联盟计划在恰蒂斯加尔邦的西帕特建设全球首个800兆瓦电力的AUSC热电厂。 8.其他创新：除了上述的脱碳选项外，实施工业流程的其他技术也可能导致二氧化碳排放减少。例如，水泥生产中替代石灰石原料可以减少工艺排放。高温化学工艺也可以被电化学工艺所取代，其中电而不是热驱动还原和氧化反应。将二氧化碳转化为甲醇和熔融碳酸盐燃料电池作为二氧化碳浓缩器同时发电，也可以作为脱碳的选项进行考察。 3. 促成的技术脱碳化——废热回收示例 3.1降低工业碳排放的主要措施之一，尤其是钢铁和水泥行业，是提高整个过程的效率。在这方面，废热在很多核心部门，如钢铁、水泥和发电厂，构成了大量的能源。废热回收（WHR）是一种回收和再利用在完成有益工作后从工业过程中逃逸的热量的方法。政府正在电力节约法的范围内推广节能。为了支持经济可持续增长的努力，将工业产生的废热用于发电具有巨大的潜力。据估计，由于工艺效率低下和技术限制，20-50%的输入能源以热气体、热空气、热水等形式损失到环境中。这些能源损失不能完全回收，但可以通过提高工艺/设备的效率以及部署废热回收（WHR）系统来部分减少。 3.2美国需要在开发和部署由清洁能源产生的电力驱动的工业流程方面提供支持，这是实现工业脱碳的关键途径。 3.3大量，即20%至50%的能源投入被工业用于环境中的废热，以废气、工业设施排出的空气和液体废流的形式浪费。工业部门占印度总消耗电力的约45%。即使考虑到其中30%的能源输入被工业浪费，每年也相当于1600亿千瓦时或相当于2万千瓦的煤炭发电能力。这巨大的废热量是由于设备效率不足和设备/工艺的 thermodynamic limitations。因此，工业设施可以通过安装废热发电系统来提高整体设备/工艺能源效率而减少这些损失。因此，废热发电（WHP）将降低印度工业单位产量的能源消耗。此外，WHP还将 导致节省柴油/高等级煤/锅炉油等化石燃料，这些燃料主要用于自用发电，从而减少国家温室气体排放。 3.4工业中燃料燃烧或化学反应会生成废热，这些废热可以被用于废热回收（WHR）锅炉以产生蒸汽。预计随着炼油厂、造纸与纸浆、水泥、重金属、石油化工和化学品等行业对WHR系统在预热、蒸汽生产和发电用途上的不断增加使用，市场将在未来几年内实现增长。 3.5 WHP的益处如下： 1. 为围场发电安装余热发电系统可以满足特定行业20-40%的电力消费需求，由余热发电产生的电力可以替代产生排放的能源来源，即以煤炭为燃料的火力发电厂。2. 余热发电厂降低了其消费者的对化石燃料发电的依赖。3. 从WHP发电不会向大气中增加任何二氧化碳或热量。即使在增加电力发电能力而不使用化石燃料的情况下，排放/温度水平也几乎保持不变。 4. 水泥工业脱碳 4.1水泥生产通过两个主要活动释放CO2：能源使用和煅烧反应。与能源相关的排放（直接CO2排放的30-40%）发生在热燃料（最常见的是煤炭）用于预热分解炉和回转窑加热时。直接CO2排放的另一个主要来源（“工艺排放”）来自预热分解炉中发生的化学反应，其中石灰石（主要是方解石和白云石，化学式为CaCO3）被分解成生石灰（CaO）和二氧化碳（CO2）。二氧化碳释放到大气中，而生石灰则用于制造水泥的主要成分之一——熟料。 4.2水泥生产对环境有重大影响。全球范围内，水泥和混凝土占用了8-9%的温室气体排放、2-3%的能源需求以及9%的工业用水抽取。此外，水泥窑的燃料选择，以及部分窑材料的使用，目前导致了显著的空气污染物排放。选择能够降低CO2排放同时减少其他环境负担的缓解策略至关重要。考虑到水泥的需求在短期内预计会大幅增加，这一点尤其重要。评估降低水泥生产碳足迹的策略时，必须考虑这些因素，因为水泥行业是碳减排最难实现的一个行业，原因在于其需要高温、二氧化碳过程排放以及全球对水泥的大量需求。 4.3为了减少水泥（例如用于预热预分解炉和窑的燃料）产生的能源相关排放，主要选择包括提高水泥生产设备的能源效率、燃料转换、水泥窑电气化以及碳捕获与封存（CCS）。 4.4降低输入材料的含水量可以提高能源效率，因为蒸发水分所需的能量更少。这可以通过使用干燥工艺窑，并确保窑具有预热器和多级预热器来实现。回收的热量可以用来预先干燥输入材料。炉篦 熟料冷却器在回收多余热量方面优于行星式或旋转式冷却器。这些升级可以降低能源消耗的程度取决于已使用技术的年龄和效率。大多数现代窑炉都包含这一加工阶段，这反映在最近扩大水泥产能的高产量地区。 4.5某些矿物成分可以降低将输入材料化学转化为水泥熟料时的温度，并且需要更少的燃料来达到较低的温度。然而，这些替代品中的一些可能会改变水泥的性能，因此对替代水泥化学成分的测试和认证将非常重要。另一种方法是使用富氧空气与燃料反应，这样可以减少排气中的热量损失。氧燃烧还有减少排气中非二氧化碳气体浓度的好处，使碳捕集变得更加容易。 4.6今天，全球水泥行业70%的热能燃料需求由煤炭满足，另有24%由石油和天然气满足。生物质和废燃料占剩余的6%。生物质和废燃料通常比煤炭的二氧化碳强度低，尽管它们可能存在其他缺点，如排气中颗粒物浓度较高。 4.7为了彻底实现水泥生产中的脱碳，水泥窑电气化或碳捕捉与封存可能成为必要手段。最佳路径可能因水泥厂而异，因为它将受到零碳电力价格和供应情况，以及电厂现场碳捕集和封存可行性的影响。由于水化水泥具有碳化能力，并在碳化过程中吸收二氧化碳，一些研究已经开始通过利用报废混凝土和细骨料来量化潜在的碳捕集与封存。 减排： 产品使用过程中的混凝土再碳化电动汽车在物流运营中的应用对冲商务旅行绿色采购 4.8 加速行业转型升级建议： 1. 从化石燃料转向可持续的生物能源，如农业废弃物/竹子等，并设定强制使用生物能源作为替代燃料的目标。2. 向工业4.0转型。3. 设定高效热处理技术的适应目标，并对其有效实施进行监测机制。4. 向100%可再生