脱碳蒸汽之路

我们的重点似乎经常集中在优化上。使蒸汽系统尽可能高效仍然是我们业务的根本部分，并将继续如此。这之所以合理的原因在化石燃料消失后也不会改变。

无论行业在脱碳道路上选择哪条路，最大限度地提高效率始终是至关重要的第一步。改善热量的产生、输送和消耗方式不仅能降低当前的能源成本，还为旅程的后续部分奠定基础。但消除碳排放燃料才是最终目标——脱碳。 风险巨大，挑战艰巨。热能对如此多的行业至关重要，由于使用方式多种多样，没有一条单一的路径可以达到净零目标。在美国，热能占工业总能源需求的三分之二，但其中只有10%来自可再生能源。在英国，情况类似；英国70%的工业能源需求是热能。

蒸汽是如何在各类工业中变得如此普遍的，这一点毋庸置疑。这是一个物理问题；更准确地说，是热力学问题。蒸汽将热能传递到所需位置的能力无与伦比。它相对轻松地传输距离的能力——甚至在大型工厂中可达数英里——使其成为极其高效的介质。工业界不会轻易做出决定；如果他们使用蒸汽，那是因为尚未找到更好的替代方案。

事实上，真正需要脱碳的并非蒸汽本身。正如我们长期以来所倡导的，蒸汽是自然技术的最佳表现。问题在于我们最初如何产生蒸汽。 这是一个重要的区别，因为蒸汽经常与传统上用于产生蒸汽的化石燃料——天然气、石油和煤炭——混为一谈。我们现在知道，这些能源正在通过将温室气体水平提升到有害的程度来危害我们的星球。 蒸汽不会；它不是一种能源，它是一种能量传递介质。 对于无数需要蒸汽来维持我们所有人所期望的产出和效率水平的行业来说，这是好消息。我们只需要沿着蒸汽生产脱碳的道路前进。

回想几年前，想想你每天看到多少辆电动汽车（EV）。非常少，内燃机由汽油或柴油驱动完全占据主导地位。然后，在2003年，特斯拉出现并不遗余力地推广电动汽车的前景。电池技术的进步以及最终更实惠的型号增加了脱碳方案的采用。今天，电动汽车的销量呈指数级增长，尽管基数很小。

但有一点没有改变：它们仍然依赖轮子。轮轴结合轮子背后的物理学原理在6,000多年里没有多大变化，但驱动它的方式已经改变了。就像轮子一样，通过改变蒸汽的产生方式，完全有可能保留蒸汽所提供的所有优势。

蒸汽在工业中的多样化应用意味着每个行业都需要选择自己的脱碳路线。它甚至可能不是从A到Z的线性路线；更可能是可以采用多种措施来达到最终目标。

但是，如果蒸汽仍然被认为是该行业运营的关键部分，那么找到一种不产生碳排放（或显著最小化碳排放）的使用方式至关重要。目前，有五个主要竞争者来应对这一挑战。

使用由可再生能源或核能产生的电力，即所谓的”有益电力”，是一个领先方案。有多种原因。首先，它是一种经过验证的技术，电锅炉能够以接近100%的效率将电力转化为热能，锅炉表面的辐射损失极小。其次是潜在有吸引力的资本成本，一项研究发现电锅炉的成本比同等的天然气锅炉低近40%。1

更多的积极因素在于终端使用流程无需改变，只需改变锅炉房本身。还有可用于电气化工业流程其他部分的选项，但这些通常需要对现有生产流程和技术进行改变。 看到该方案采用率提高的主要障碍是电力仍然比化石燃料相对更贵。即使随着可再生能源在发电中份额的增加而降低，电网也需要扩展以供应需求的激增。 这就是为什么预计在发电和配电行业适应转型期间，二氧化碳排放量将暂时增加。

如果可持续生产，生物质能是替代某些行业化石燃料的一个有前途的选择，尽管其燃烧仍可能排放碳，但排放水平低于化石燃料。例如，在丹麦，一家能源公司已通过使用生物质能替代煤炭来运行热电联产（CHP）装置，完全实现了热能生产的脱碳，包括为工业提供蒸汽。

仍处于早期阶段，且成本相对较高，氢能被视为替代化石燃料在高温工艺中的真正可能性，并且能够在任何所需温度下产生蒸汽。在其生产和使用过程中仍存在需要捕获部分排放的问题，而且燃烧器的控制也不那么简单。

这一新兴清洁技术领域非常有前途，特别是考虑到某些可再生能源的间歇性。能够通过将储能介质加热到高达400°C的温度来捕获多余或低成本的可再生电力，目前远高于热泵可达到的温度。在短期储存蒸汽方面也在开展工作，这在不需要连续工艺的场景中非常有用。

某些行业，由于其运营的密集性质，可能至少在部分上继续需要化石燃料。有时这可能是为了在生产不能中断但无碳或低碳替代方案尚不可用的时期作为过渡。

蒸汽并非一夜之间就取得了其作为不可或缺的工业热能方式的主导地位。我们也不需要假设我们不能再利用其众多优势。脱碳蒸汽的新篇章已经在展开。与其说是放弃数十年来如此有效的方法，不如说是为未来重新构想它。 有了正确的承诺和创新，工业可以继续利用蒸汽的力量，但要以与全球可持续发展承诺相一致的方式。前景看起来很有希望，通过集体努力，脱碳的未来不仅是一种可能，而且是一种即将到来的现实。

来源：

1: Ali Hasanbeigi, Lynn A. Kirshbaum, Blaine Collison, and David Gardiner：Electrifying U.S. Industry: A Technology- and Process-Based Approach to Decarbonization，2021年。

Edward Rightor, Andrew Whitlock, and R. Neal Elliott：Beneficial Electrification in Industry，2020年7月。

Ricardo：Pathways to Industrial Heat Decarbonisation，2022年11月。

M. Jibran S. Zuberi, Ali Hasanbeigi, William R. Morrow：Electrification of Boilers in U.S. Manufacturing，2021年。

Lisa Neusel, Simon Hirzel, Matthias Rehfeldt：Still alive, but different in the future? Decarbonisation of industrial steam boilers from a multi-dimensional perspective，2022年。

Electrifying U.S. Industry — Global Efficiency Intelligence