Ясное видение: декарбонизация производства листового стекла с помощью цикличности (McKinsey & Company)

Несмотря на замедление темпов роста в последние годы, многие ведущие компании мира поставили перед собой смелые цели по декарбонизации, и в ближайшие годы многим из них придётся бороться с выбросами категории 3, связанными с материалами, используемыми в их продукции. В этой статье, посвящённой стекольной промышленности, в частности, производству листового стекла, — входит в серию статей о том, как отрасли производства материалов могут декарбонизировать производство и повысить цикличность, предлагая обзор для компаний, входящих в цепочки создания стоимости материалов, а также для компаний, занимающихся переработкой.

Стекло является неотъемлемой частью многих промышленных цепочек создания стоимости, от строительства и автомобилестроения до производства товаров для дома, упаковки и электроники. Производство стекла также является значительным источником выбросов: по состоянию на 2022 год в мире ежегодно производится более 150 миллионов метрических тонн стекла (из которых около 40 процентов приходится на листовое стекло). с предполагаемым ежегодным выбросом в течение жизненного цикла приблизительно в 150 МтCO2 , предполагая, что в среднем одна тCO2 на метрическую тонну произведенного стекла.

Поиск экономически эффективных решений по сокращению выбросов критически важен для стекольной промышленности и многих других отраслей, использующих стекло. Хотя многие решения, способные привести к глубокой декарбонизации, пока нерентабельны или недоступны в коммерческих масштабах, как поясняется в этой статье, одним из наиболее перспективных вариантов сегодня является масштабное использование стеклобоя (то есть переработанного стекла) в сочетании с полной или частичной электрификацией печей, особенно для архитектурного, автомобильного и упаковочного стекла.

Проблемы декарбонизации в современной стекольной промышленности

Существует множество методов декарбонизации листового стекла: от водорода и биогаза до улавливания и хранения углерода, а также электрофореза. Однако в настоящее время широкомасштабному внедрению этих методов декарбонизации в производстве листового стекла препятствуют три основные проблемы:

• Технологическая зрелость. Хотя некоторые рычаги, обеспечивающие частичную декарбонизацию производства, уже сегодня отработаны и масштабируются, большинство рычагов, необходимых для полной декарбонизации производства, зависят от технологий, которые ещё не внедрены в промышленных масштабах.

• Конкурентоспособность по стоимости. Оценка стоимости технологий декарбонизации показывает, что большинство эффективных технологий пока не столь конкурентоспособны по стоимости, как традиционные технологии, даже в регионах, где уже введён налог на выбросы углерода, например, в Европе.3

• Срок службы печи. Стекловаренные печи работают непрерывно в течение нескольких лет (часто более десяти лет), прежде чем их отключают на «холодный ремонт». Хотя производители стекла обладают некоторой гибкостью в адаптации производительности печи, её невозможно остановить без дорогостоящих инвестиций в восстановление. Поэтому отрасль стремится совмещать переход на низкоуглеродные технологии с действующими графиками холодного ремонта, чтобы снизить затраты и ограничить перерывы в производстве.

Решение этих проблем важно не только для стекольной промышленности, но и для любого производителя, стремящегося к декарбонизации своего портфеля материалов, включая стекло. Существует ряд мер, которые участники отрасли — как поставщики, так и потребители — могли бы предпринять для ускорения процесса декарбонизации по всей цепочке создания стоимости.

Выбросы различаются по всей цепочке создания стоимости

Выбросы распределяются по всей цепочке создания стоимости стекла:

Сырьё. Примерно 20–25 процентов выбросов приходится на первичный этап производства (добыча полезных ископаемых, разработка карьеров, переработка и т. д.) таких материалов, как кварцевый песок, кальцинированная сода и известняк.

Смешивание, плавка и формовка. Примерно 65–70% выбросов приходится на процесс плавки, требующий температуры от 1200 до 1500 °C и выше. Из этих выбросов 20–25% связаны с самим химическим процессом и напрямую связаны с использованием кальцинированной соды и известняка в качестве сырья.

Последующая переработка. Примерно от 5 до 15 процентов выбросов приходится на последующие этапы переработки, включая отжиг и резку.

Эти оценки не включают выбросы от транспорта, которые значительно различаются в зависимости от местонахождения поставщиков сырья, производителей стекла и потребителей.

Выбросы также различаются в зависимости от игрока

В Европе наблюдается значительный разброс в интенсивности выбросов категорий 1, 2 и 3 между компаниями с самым низким и самым высоким уровнем выбросов. Эти различия обусловлены пятью основными факторами:

Сырье: использование различных видов сырья (в частности, синтетической и натуральной кальцинированной соды), которые, в свою очередь, могут быть произведены с использованием различных технологий.

Технология плавки: источник энергии, используемый в процессе плавки, особенно относительная доля природного газа и электроэнергии.

Энергоэффективность: использование мер по повышению энергоэффективности в процессе плавки, таких как предварительный нагрев партии сырья, рекуперация тепла или кислородное топливо.

Коэффициент использования стеклобоя: относительное использование переработанного стекла (так называемого «стеклобоя») по сравнению с первичными материалами, что снижает потребление энергии и позволяет избежать выбросов в процессе производства.

Тип стекла: тип производимого стекла, например, для изготовления защитного стекла для электроники требуются сырьевые материалы (например, оксид алюминия) и последующая обработка, отличающиеся от обработки листового стекла, используемого в строительстве и автомобилестроении, что приводит к общей более высокой интенсивности излучения.

Доступны рычаги снижения выбросов для декарбонизации сырья и производства стекла

У производителей есть несколько вариантов сокращения выбросов при первичном производстве сырья и производстве стекла — варианты, выходящие за рамки рычагов повышения энергоэффективности, описанных выше.

Что касается сырья, большая часть выбросов связана с производством синтетической кальцинированной соды. Существует несколько способов сокращения выбросов, связанных с кальцинированной содой, включая следующие:

• Переработанное стекло: более широкое использование стеклобоя в качестве замены кальцинированной соды, что полностью исключает выбросы, возникающие в процессе производства кальцинированной соды.

• Натуральная кальцинированная сода: замена синтетической кальцинированной соды натуральным аналогом (трона), который может производиться с меньшей интенсивностью выбросов, поставки которого в настоящее время сосредоточены в США, Китае и Турции.

• Низкоуглеродная кальцинированная сода: переход к альтернативному низкоуглеродному процессу производства синтетической кальцинированной соды

При производстве стекла большая часть выбросов связана с нагревом печей природным газом и выбросами, образующимися в процессе производства сырья. Меры по снижению выбросов включают в себя:

• Переработанное стекло: более широкое использование стеклобоя в качестве замены кальцинированной соды, что позволяет избежать выбросов в процессе плавки.

• Альтернативные методы отопления: замена природного газа биогазом (что можно сделать без изменения конструкции печи) или электричеством или водородом (оба варианта требуют изменения конструкции печи)

В дополнение к этим рычагам производители могли бы выбирать улавливание и хранение или повторное использование углерода, высвобождаемого в процессе производства.

Максимальное использование стеклобоя в сырьевой шихте в сочетании с использованием биогаза, водорода или электроэнергии в печи может в совокупности обеспечить более 90% декарбонизации на уровне активов. Например, ведущая стекольная компания достигла почти 100% декарбонизации, объединив стеклобой и биогаз в пилотном испытании. Компания также сформировала технологическое партнерство для достижения более 75% декарбонизации на малогабаритной установке за счет максимального использования стеклобоя и внедрения новой конструкции гибридной печи, работающей на природном газе и электроэнергии.

Эти пилотные проекты демонстрируют наличие нескольких технологических путей к полной декарбонизации производства стекла на уровне активов. Однако масштабируемость этих решений для всей отрасли ограничена из-за ограниченной доступности сырья. Например, стеклобой может покрыть лишь 10–15% потребности в первичном сырье, а биогаз не всегда доступен вблизи действующих заводов.

Показатели переработки стеклобоя должны быть значительно улучшены

Для многих инструментов декарбонизации конкурентоспособность по затратам сильно зависит от местоположения актива и углеродной политики. Напротив, использование стеклобоя может быть более рентабельным, чем использование первичного сырья в большинстве регионов, особенно в густонаселенных районах, расположенных вблизи флоат-заводов. В сценарии, когда флоат-завод работает исключительно на стеклобое, выбросы категорий 1, 2 и 3 могут быть сокращены на 30–40%.

Несмотря на это, согласно анализу McKinsey, средний уровень переработки листового стекла в Европе в настоящее время составляет всего около 20%. Причины низкого уровня переработки двояки:

• Отсутствие системы сбора отходов листового стекла. Во многих странах отсутствует система сбора отходов листового стекла, поэтому отходы листового стекла попадают на свалки.

• Даунсайклинг в другие сферы применения стекла. К листовому стеклу предъявляются гораздо более строгие требования к качеству, например, более низкие допуски на керамические включения и более строгие требования к химическому составу, чем к упаковочному стеклу. Поэтому загрязненный стеклобой, бывший в употреблении, обычно перерабатывается в упаковочное или другое производство с менее строгими требованиями к качеству.

Таким образом, для раскрытия полного потенциала стеклобоя как экономически эффективного инструмента декарбонизации потребуется создание новых цепочек поставок, обеспечивающих экономичный сбор листового стекла и снижающих риск загрязнения. Этого можно достичь с помощью таких инициатив, как схемы возврата между установщиками стекла и производителями, или общенациональные схемы сбора (например, аналогичные Нидерландам, где, согласно анализу McKinsey, уровень сбора листового стекла составляет около 75%).

Существует три основных действия, которые могли бы ускорить декарбонизацию в отрасли производства листового стекла, тем самым создавая масштабные преимущества для широкого спектра отраслей, использующих стекло в своих производственных процессах:

• Создание новых цепочек создания стоимости стеклобоя. Более 80% листового стекла в Европе в настоящее время попадает на свалки. Значительную его часть можно было бы экономически эффективно использовать, организовав новые «обратные» цепочки создания стоимости, которые предотвращают загрязнение стекла другими материалами и обеспечивают разделение типов стекла для ограничения даунсайклинга. Одним из способов достижения этой цели может стать содействие общеотраслевому сотрудничеству в создании специализированных пунктов сбора листового стекла или внедрение схем возврата между производителями стекла и установщиками окон. Правительства также могут способствовать ускорению сбора, внедряя целевые политики (например, по использованию переработанного сырья или целевым показателям уровня переработки) или повышая общую осведомленность о положительном влиянии переработки стекла на всех заинтересованных лиц по всей цепочке создания стоимости.

• Удвойте усилия по технологическим инновациям по всей цепочке создания стоимости. Потенциал декарбонизации стеклобоя ограничен примерно 10–15 процентами на уровне отрасли из-за его ограниченной доступности. В результате отрасли придется удвоить усилия по развитию низкоуглеродных технологий, эффективность которых еще не доказана в промышленных масштабах, но которые могут стать конкурентоспособной альтернативой традиционным технологиям. Это, в частности, включает переход к полностью электрифицированным печам и альтернативным методам производства кальцинированной соды. Для устранения остаточных технологических выбросов из печи также потребуются технологии улавливания углерода. Отрасль может ускорить инновации, сосредоточив испытания на более мелких активах в своей сети и получив доступ к национальным или другим программам субсидирования (например, к Европейскому инновационному фонду), тем самым снижая общие риски и инвестиционные затраты.

• Инвестируйте в межотраслевые партнерства. Стоимость декарбонизации низкоуглеродных технологий часто может быть снижена за счет межотраслевого сотрудничества, например, путем распределения затрат на инфраструктуру транспортировки углерода или производства низкоуглеродного водорода. Таким образом, отрасль может активно изучать такие партнерства, особенно в отношении активов, входящих в более широкие промышленные кластеры.

Усиление мер по декарбонизации может позволить первопроходцам получить уникальные конкурентные преимущества, такие как доступ к сырью, передовым технологиям и снижение влияния будущих налогов на выбросы углерода. Однако создание стекольной промышленности будущего потребует сотрудничества и целостного подхода к цепочке создания стоимости для масштабирования решений и создания цикличности и ценности для всех.

Источник: https://www.mckinsey.com/industries/metals-and-mining/our-insights/seeing-clearly-decarbonizing-the-flat-glass-industry-with-circularity