脱碳燃料挑战

在能源供应、成本和脱碳潜力方面，主要燃料选择给玻璃行业带来了哪些挑战和机遇？加里·卡夫报道。

自2015年12月在第21届缔约方会议上达成《巴黎协定》以来，各方承诺将全球变暖控制在比工业化前水平高1.5°C的水平，以避免气候变化的最严重影响。但对于玻璃行业来说，这意味着什么呢？玻璃行业历史上主要依赖于碳排放的化石燃料来进行熔化过程？容器玻璃客户会转向纸张、生物塑料或铝吗？平板玻璃和餐具怎么样？是否有一种低碳玻璃熔制工艺可以确保其在脱碳经济中的使用？

考虑到《巴黎协定》确定的脱碳轨迹，政府间气候变化专门委员会（IPCC）表示，为了将全球变暖限制在1.5℃，到2050年左右，世界必须实现碳中和。图1中的全球排放预测显示，在目前的努力下，2030年至2050年全球变暖可能达到1.5℃（1）。欧文斯伊利诺伊州、NSG和圣戈班都通过参与基于科学的目标倡议，对实现这一目标作出了公开承诺，该倡议要求按照全球目标实现碳中和的个人轨迹。这表明，玻璃行业最大的参与者正致力于彻底降低其熔化过程中的二氧化碳含量——可能会彻底消除化石燃料。

今天有什么选择？

从可持续能源的角度来看，有许多潜在的燃料选择和方法，但本文将重点介绍当今最具潜力的四种来源：天然气——一切照旧；氢气——被认为与天然气相似，但由于缺乏成熟的基础设施和技术，这是一个很大的进步；使用天然气或氢气的混合动力——这是技术上尚未确立的又一重大进步；全电动（2）——重新设计并扩大一项有100多年历史的技术，以满足当今行业的需求。

为什么会有不同的想法？

从历史上看，在提交给新炉子管理层的业务案例中，能源成本被降到了一到两行。同一个商业案例用了200行或更多行来分析资本支出明细。可以推测，在只有一种燃料可供选择的情况下，由于竞争对手面临着相同的未来市场条件，因此进一步对其进行建模是毫无意义的。

现在方程中有多个不同的变量：天然气、电力、碳和可再生电力。其中每一项都有不同的基本面，并受到各国主权风险的独立影响。

现在考虑一下，将能源成本数字调整10%可能比资本支出变化50%产生更大的美元/吨差异。换言之，与选择固定价格可再生电力驱动的全电炉的竞争对手相比，人们可以非常努力地降低天然气炉设计的资本支出，结果只有10%的天然气价格上涨才能完全抵消这些节省。在电子表格的一行中很复杂也很难量化，对吧？

这些选项可以是碳中和的吗？

从三种最具挑战性的脱碳燃料源开始：天然气、混合电力/天然气和蒸汽甲烷重整（SMR）产生的氢气。所有这些都需要在碳捕获和储存或利用技术（CCS/CCU）上取得突破。为了使CCS/CCU在这一领域的试点项目得以启动，人们进行了许多尝试，但只有少数几个项目获得了政府补贴，而显示出商业应用潜力的项目更少。

当使用可再生能源时，电解产生的氢气确实可以是碳中性的，但根据近似计算，电解产生的氢气熔化玻璃所消耗的能量几乎是直接使用电力的两倍（见图2）。尽管如此，也可以设想这样一种情况，即由于技术优势，混合动力方法相对于全电动的额外能源和技术成本是值得的，或者至少值得考虑。技术上的突破，例如用低成本丰富的金属制成的新电极表面和电解改进，能将能源效率降低近50%，如果这些技术被证明是商业上可行的，可能会有所帮助。

全电炉当然可以由来自世界各地许多电网的可再生电力供电，因此可以被认为是碳中性的。特别是如果将新的200 GWh的年需求量与电网上新的可再生能源装置的200 GWh相匹配，即使目前电网远未达到碳中和。

供应风险是什么？

能像每个人都期待的天然气那样，以安全可靠的形式提供能源吗？事实上，天然气还会供应吗？不仅仅是身体上的，世界会允许吗？超过60个国家已经或正在考虑将碳中和纳入法律。2019年，欧盟提出了欧洲绿色协议，目标是到2050年成为第一个气候中立的大陆。欧盟委员会希望不遗余力地审查每一项欧盟法律法规，以使其与新的气候目标保持一致。这将从可再生能源指令和能源效率指令以及排放交易指令开始。在占全球经济22%的欧盟，化石燃料很可能很快就会成为经济惩罚。

这将导致对绿色氢的巨大需求，从目前的约4%大幅上升。此外，国际能源署（iea）关于氢能未来的报告显示，目前政府对氢能产业的政策支持还有很长的路要走。这种供需紧张使得绿色氢气解决方案充其量也显得颇具挑战性。

另一种选择是全电动。尽管电网已经建立，但由于工业、家庭和电动汽车的电气化需求增加，需要大量投资，以确保电力输送和供需平衡。国际可再生能源机构（IRENA）关于全球能源转型的报告估计，2050年前需要在电网和能源灵活性方面投资18万亿美元。然而，可再生能源的增长是显著的，每年的投资超过2.5万亿美元，这带来了机遇。

量化风险和发现机会

由于所有这些不同的基本面在发挥作用，至关重要的是，高级管理人员的玻璃制造公司是充分了解和了解的风险和机遇所在。专业机构对碳、天然气和电力10年以上的稳定展望是构建潜在情景的关键。多个场景加上严格的敏感性分析表明会发生什么，因此，最现实的结果可能是什么。只有这样，管理团队才能满怀信心地进入这个勇敢的新世界。

减少这些市场风险的一个手段是使用可再生能源，因为可再生能源基本上没有边际生产成本，也没有燃料成本，因此可以在财务上与能源市场脱钩。风能和太阳能等可再生能源发电技术的成本也在下降，企业的实施也在上升。澳大利亚、美国和越来越多的欧洲（见图3）（3）是所谓的企业购电协议（PPA）的温床，因为商业和工业买家将其视为批发市场前景的低成本和低风险替代品。不仅是企业对消费者（B2C）或电信行业希望树立绿色形象。蓝镜钢铁（BlueScope Steel）、鲍尔公司（Ball Corp）和康明斯（Cummins）只是工业企业利用这些机会的几个例子。

结论

不幸的是，预测未来并不容易，但可以采取措施来了解各种可能性。花点时间展望未来，充分了解未来能源成本和可用性，利用可靠的10年能源市场前景，为管理团队构建可靠的方案。在选择能源时，通过找出相关技术和基础设施的投资地点，考虑供应风险。

提前研究这一点很重要，否则，在项目中，选择的能源供应在技术上不可用的事实可能会被发现得太晚。最后但并非最不重要的一点是，利用可再生能源来降低风险和绿化投资组合。