![]() |
Министерство энергетики США уделяет приоритетное внимание декарбонизации промышленности, выделяя средства на разработку технологий, позволяющих сократить выбросы. Комментирует доктор Ави Шульц, директор Управления промышленной эффективности и декарбонизации. Путь к декарбонизации промышленности — это одновременно и важнейшая задача, и огромная возможность для инноваций. Поскольку Министерство энергетики США (DOE) стремится возглавить эти преобразования, крайне важно понимать стратегии и технологии, разрабатываемые для сокращения выбросов парниковых газов в ключевых промышленных секторах. Благодаря недавнему поступлению средств от Закона о снижении инфляции и Двухпартийного закона об инфраструктуре, МЭ готово ускорить развитие ближайших технологий, направленных на решение проблемы значительных выбросов, производимых энергоемкими отраслями. Как Министерство энергетики работает над ускорением декарбонизации промышленности? Каковы основные направления его деятельности в этой области в настоящее время?Декарбонизация промышленности представляет собой серьезную задачу, которая требует скоординированных усилий всего Министерства энергетики США (МЭ). Недавние полномочия и финансирование, предоставленные Законом о снижении инфляции и Двухпартийным законом об инфраструктуре, активизировали наши инициативы по демонстрации ближайших технологий, направленных на снижение промышленных выбросов парниковых газов. В отличие от таких секторов, как электроэнергетика и транспорт, где жизнеспособные решения в значительной степени разработаны и коммерчески доступны, промышленный сектор сталкивается с заметным отставанием в технологическом развитии. Всесторонний анализ показывает, что, хотя мы можем эффективно бороться примерно с 40% выбросов в этом секторе с помощью существующих экономически эффективных технологий, для комплексного решения оставшихся проблем с выбросами все еще необходимы значительные инновации и разработки. Сейчас мы должны сосредоточиться на поддержке этого технологического роста, чтобы обеспечить более широкие усилия по декарбонизации в промышленном ландшафте. В настоящее время не менее 60% выбросов приходится на сектора, в которых отсутствуют экономически эффективные технологии. Именно здесь на помощь приходит Управление по промышленной эффективности и декарбонизации. Управление занимается разработкой экономически выгодных и быстро внедряемых технологий с целью достижения полностью нулевой экономики к 2050 году. Недавно Министерство энергетики США объявило о выделении более 43 миллионов долларов на поддержку разработки межотраслевых технологий, способствующих декарбонизации. Не могли бы вы подробнее рассказать об этом и объяснить, почему это так важно?Управление решает задачи развития технологий для декарбонизации промышленности с помощью двух взаимодополняющих стратегий, как в рамках нашего управления, так и в сотрудничестве с другими управлениями МЭ. В рамках первой стратегии особое внимание уделяется отраслевым инновациям, ориентированным на отрасли с высоким уровнем выбросов, такие как химическая промышленность, черная металлургия, производство цемента и бетона, пищевая промышленность и производство напитков, а также целлюлозно-бумажная промышленность. Наша цель — содействовать развитию устойчивых технологий, которые позволят этим энергоемким и выбросоемким отраслям добиться полной декарбонизации. Поскольку на эти отрасли приходится около 65% выбросов в промышленном секторе США, решение их специфических проблем имеет решающее значение. Однако это лишь часть общего решения. В дополнение к этому мы также уделяем приоритетное внимание разработке межотраслевых технологий. Эта инициатива направлена на решение общих проблем, характерных для всех промышленных секторов, с целью создания решений, которые могут быть адаптированы для удовлетворения уникальных потребностей конкретных отраслей. Эти стратегии включают в себя совершенствование технологий технологического нагрева, повышение энергоэффективности и использование низкоуглеродных видов топлива. В рамках данной возможности финансирования мы выделили три конкретных направления. Первая область — это электрификация промышленного отопления. В то время как мы добились значительного прогресса в декарбонизации энергосистемы, большая часть промышленного отопления, на долю которого приходится почти половина всех выбросов, по-прежнему основана на сжигании ископаемого топлива на месте. Наша цель — разработать технологии электрифицированного отопления, которые исключат сжигание ископаемого топлива на месте, что позволит перейти на электричество, которое можно быстрее декарбонизировать. Мы также стремимся сократить общее количество энергии, необходимое для производства того же объема продукции на промышленных предприятиях. В рамках данной программы финансирования мы определили две ключевые области с существенным потенциалом снижения энергопотребления. Во-первых, мы стремимся оптимизировать работу теплообменников. Как уже упоминалось, почти 50% выбросов приходится на технологический нагрев, при этом в этих средах циркулирует значительное количество тепловой энергии. Повысив эффективность и снизив стоимость теплообменников, мы сможем значительно минимизировать тепловые отходы, связанные с этими процессами, и тем самым снизить общее энергопотребление предприятий. Во-вторых, мы сосредоточены на разработке новых технологий мембранного разделения. Традиционно разделение химических продуктов осуществляется путем дистилляции, которая требует нагрева смеси для использования различных точек кипения ее компонентов. Этот процесс является энергоемким, особенно в химической промышленности, но он затрагивает и другие отрасли. Многие процессы включают в себя сушку и обезвоживание, которые также являются очень энергоемкими. Например, удаление воды из целлюлозы на бумажной фабрике обычно сопровождается кипячением воды, что требует значительного количества энергии для нагрева. Проталкивая смеси через мембрану, которая пропускает только один компонент, мы можем эффективно разделить компоненты. Например, на целлюлозном заводе вода может проходить через мембрану, а целлюлоза остается по другую сторону. Однако этот процесс сложнее, чем простое разделение воды на целлюлозном заводе, поскольку жидкость, участвующая в нем, очень агрессивна, что требует значительных инноваций для разработки подходящих мембранных материалов и оптимизации конструкции систем для достижения максимальной эффективности. Кроме того, мы уделяем внимание еще одной важной сквозной технологической возможности для промышленных предприятий: очистке сточных вод и влажных отходов. Очистка сточных вод является значительным источником выбросов парниковых газов, в первую очередь из-за энергии, необходимой для процессов очистки. Недавно муниципальные очистные сооружения были переименованы в установки по восстановлению водных ресурсов (УВР). Это изменение названия подчеркивает потенциал снижения энергопотребления при очистке и извлечения ценных ресурсов, содержащихся в сточных водах. Среди этих ресурсов есть и энергетические. Если сточные воды не очищать, то в процессе их очистки выделяется значительное количество парниковых газов. Органические отходы в воде выделяют метан и другие парниковые газы, в частности закись азота, возникающую из-за поступления азота в городские и сельскохозяйственные сточные воды. Закись азота особенно сильна с точки зрения воздействия на парниковый эффект. Наше основное внимание сосредоточено на разработке технологий, которые позволят снизить энергопотребление этих объектов, а также улавливать и преобразовывать в полезные продукты как энергоемкие, так и мощные парниковые газы. Например, мы стремимся преобразовать эти газы в возобновляемый природный газ, который можно использовать для питания самих очистных сооружений или других промышленных объектов. Кроме того, мы изучаем энергоэффективные стратегии, чтобы свести к минимуму дальнейшее выделение парниковых газов из потоков отходов. Не могли бы вы подробнее рассказать о проектах, которые получат финансирование?В первой области, электрификации промышленного тепла, мы особенно рады проекту, связанному с накоплением тепловой энергии. Управление финансирует калифорнийскую компанию RONDO Energy, которая разработала эту технологию. Промышленные предприятия, как правило, работают круглосуточно, чтобы максимально повысить эффективность своего дорогостоящего оборудования. Тем не менее, производственные процессы часто происходят по сменному графику, обычно с 9:00 утра до 17:00 вечера или в другие определенные смены. Эти ограничения эксплуатационной гибкости могут создать проблемы при попытке согласовать работу с возобновляемыми источниками электроэнергии, такими как ветер и солнце, которые по своей природе являются непостоянными. Хотя атомные электростанции могут поставлять энергию непрерывно, они не всегда могут удовлетворить конкретные потребности каждого промышленного объекта. Согласование низкоуглеродной электроэнергии с потребностями промышленных предприятий является сложной задачей. Именно в этом случае становится необходимым аккумулирование тепловой энергии. Хотя аккумуляторы являются одним из вариантов хранения энергии, они часто имеют высокую стоимость. Мы считаем, что использование технологий аккумулирования тепла, таких как разработанные компанией RONDO, которые предполагают нагрев кирпичей или твердых материалов, является более экономичным решением. Этот метод позволяет отделить производство чистой электроэнергии от ее потребления. Высокотемпературные кирпичи, созданные RONDO, могут эффективно накапливать энергию и отдавать ее по требованию промышленным объектам. Мы считаем хранение тепловой энергии важнейшей стратегией и с нетерпением ждем инноваций, которые RONDO внедрит в свой предстоящий проект. Кроме того, мы с энтузиазмом относимся к другому инновационному проекту, осуществляемому Вустерским политехническим институтом в Массачусетсе. Их лаборатории разработали возможность тестирования новых технологий электрифицированного нагрева в малых масштабах, применимых к различным процессам сушки, в частности, в пищевой и бумажной промышленности. При предварительном финансировании со стороны нашего офиса они проведут испытания и расширят возможности установки. Основное внимание будет уделено интеграции лазеров и ультразвуковых технологий нагрева для оценки их эффективности в этих промышленных процессах. Технологический институт Джорджии также разработал захватывающие инновации, которые могут значительно улучшить технологичность мембран из оксида графена и снизить энергопотребление в процессах разделения. Этот проект направлен на эффективное использование энергии в мембранах, особенно в целлюлозно-бумажных системах, где необходимо отделять агрессивные жидкости от конечных продуктов. Они продвигают многообещающую технологию, в которой используется оксид графена — материал, получивший широкое признание в научном сообществе, и несколько компаний активно работают над коммерциализацией мембран на его основе. Кроме того, в области декарбонизации очистки сточных вод и утилизации влажных органических отходов мы сотрудничаем с городом Филадельфия. Поскольку многие водоочистные сооружения находятся в ведении муниципалитетов, мы тесно сотрудничаем с Департаментом водоснабжения Филадельфии в разработке процесса, известного как автотермический пиролиз. Этот метод позволяет эффективно перерабатывать биоотходы из сточных вод — в частности, содержащиеся в них органические отходы — в ценные продукты. Мы находимся в процессе создания новой реакторной системы в партнерстве с различными университетами и инженерной фирмой. Эта инновационная система призвана значительно повысить степень извлечения биосолидов из сточных вод и в конечном итоге превратить их в полезные продукты, в частности в удобрения. Одним из ключевых преимуществ внедрения процесса автотермического пиролиза в переработку отходов является его потенциал для значительного сокращения производства осадка на очистных сооружениях. Осадок представляет собой серьезную проблему с точки зрения логистики и энергоэффективности. Как правило, он имеет большой объем и высокое содержание воды, что делает процесс сушки энергоемким, а утилизацию обременительной. В настоящее время многие предприятия по очистке сточных вод используют неэффективные методы утилизации осадка. Однако инновационная технология, разрабатываемая и демонстрируемая в Филадельфии, позволяет сократить объем осадка примерно на 85%. Такое значительное сокращение не только снизит затраты энергии на сушку, но и уменьшит логистические трудности, связанные с его вывозом. По сути, мы считаем, что эта разработка обеспечивает взаимовыгодный результат с точки зрения экономической эффективности для предприятий по восстановлению водных ресурсов и более рационального использования энергии. Кроме того, во время объявления мы представили новые инициативы, связанные с EPIXC, нашим Институтом производства США, возглавляемым Университетом штата Аризона. EPIXC, что расшифровывается как Electrified Processes for Industry Without Carbon, — это многоорганизационный институт, возглавляемый Университетом штата Аризона и имеющий тесные партнерские отношения с промышленностью, научными кругами, национальными лабораториями и организациями по подготовке рабочей силы. Как это финансирование вписывается в общие цели США по декарбонизации?Промышленный сектор отвечает примерно за 30% выбросов парниковых газов, связанных с энергетикой. Если учесть выбросы, не связанные с энергетикой, например, при производстве цемента, где углекислый газ образуется в процессе производства, то эта цифра возрастает почти до 38% от общего объема выбросов парниковых газов в США. Такой значительный процент подчеркивает острую необходимость борьбы с этими выбросами. Важно понимать, что это не фиксированная цель. Ожидается, что промышленный сектор будет расти, и без принятия мер к 2050 году выбросы могут увеличиться примерно на 30%. Эта оценка даже не учитывает недавний всплеск промышленной активности в США, вызванный многообещающими возможностями в области производства, открывающимися благодаря нынешней администрации. Такая ситуация подчеркивает масштабы стоящей перед нами задачи. Как часто отмечает министр энергетики Дженнифер Грэнхолм, промышленный сектор производит жизненно важные продукты, на которые мы полагаемся, но при этом он производит выбросы, которые мы не можем игнорировать. Наша цель — решить проблемы декарбонизации промышленности, сохранив при этом конкурентоспособность американских предприятий. Важно подчеркнуть, что наш подход к декарбонизации не подразумевает деиндустриализации; скорее, мы стремимся стимулировать рост в промышленном секторе. Наше внимание сосредоточено на развитии инновационных технологий и стратегий, необходимых для успеха американской промышленности. По мере перехода к глобальной энергетике мы наблюдаем появление новых рынков и растущий потребительский спрос на декарбонизированные продукты. Продвигая эти декарбонизированные технологии, мы можем повысить конкурентоспособность американской промышленности как на внутреннем, так и на международном рынках, одновременно сокращая выбросы. Недавние обязательства таких компаний, как Ford и Volvo, по использованию декарбонизированной стали и алюминия в своих цепочках поставок свидетельствуют об этом потенциале. Мы рады тем возможностям, которые это создает для американской промышленности, чтобы процветать на мировом рынке. Почему НИОКР и инновации так важны для декарбонизации?Наш анализ, а также аналогичные исследования, проведенные различными организациями, показывают, что промышленному сектору исторически уделяется меньше всего внимания в плане сокращения выбросов. Министерство энергетики (DOE) намерено изменить эту ситуацию. Мы запустили демонстрационную программу стоимостью 6 миллиардов долларов, финансируемую недавним законодательством США, которую курирует Управление демонстраций чистой энергии. Эта программа направлена на ускорение внедрения ближайших технологических решений для декарбонизации промышленности. Управление по промышленной эффективности и декарбонизации было создано вместе с дорожной картой по декарбонизации промышленности, в которой описаны ключевые технологии, необходимые, по нашему мнению, для достижения декарбонизированного будущего. В настоящее время мы сосредоточены на новом исследовании «Пути к промышленной трансформации США: Разблокирование американских инноваций». В мае этого года мы провели семинар и опубликовали запрос на получение информации на основе опубликованного нами проекта анализа. В готовящемся к публикации отчете отражены важнейшие материалы, полученные нами от заинтересованных сторон из разных отраслей промышленности в ходе семинара и запроса информации. В нем намечен курс на полную трансформацию промышленности и представлены рамки, которые помогут промышленности принять важные решения о том, когда и как использовать технологические пути для достижения полной декарбонизации. Цель нашего исследования — определить технологические возможности для достижения полной декарбонизации в различных промышленных подсекторах. Мы с нетерпением ждем возможности поделиться результатами этого отчета в ближайшее время и начать конструктивные обсуждения с заинтересованными сторонами отрасли о том, как обеспечить различные пути достижения полной декарбонизации промышленного сектора. Ранее ученые сообщили, что в водных ресурсах США много углерода. 24.01.2025 |
Энергия
![]() | |
От лаборатории к реальности: как кристаллы времени заряжают мир | |
Мир хранения энергии меняется благодаря кванто... |
![]() | |
Китай впереди, а мир догоняет: битва за переработку аккумуляторов начинается | |
Компания Cirba Solutions активно развивает отр... |
![]() | |
Квантовый секрет растений: как природа превращает свет в энергию | |
Превращение солнечной энергии в химическу... |
![]() | |
Аккумуляторная революция: Франция строит завод мечты для электрокаров | |
Европейская комиссия дала зеленый свет огромно... |
![]() | |
Энергия атома для производства водорода: перспективы развития технологии | |
Доктор Уильям Бодель из Далтонского ядерн... |
![]() | |
Реактивное топливо на основе лигнина совершает прорыв в хранении водорода | |
Инновационный прорыв в технологии хранени... |
![]() | |
Определена роль термоядерной энергетики в обеспечении экологической безопасности | |
Карл Тишлер из европейского консорциума п... |
![]() | |
1066 секунд: Китай приблизился к созданию неисчерпаемого источника энергии | |
Стремление Китая использовать энергию звезд до... |
![]() | |
Министерство энергетики США инвестирует в технологии декарбонизации | |
Министерство энергетики США уделяет приор... |
![]() | |
Термоядерный прорыв: SMART добыл первую плазму | |
Токамак SMART успешно произвел первую плазму, ... |
![]() | |
В ТПУ добавили отходы в пеллеты и снизили выбросы CO2 на 20% | |
Ученые Томского политехнического университета ... |
![]() | |
Тепло шахтных вод: Великобритания приближается к чистой энергии | |
Живая лаборатория по использованию тепла ... |
![]() | |
В США запустят строительство заводов по производству водородного топлива | |
Министерство энергетики США, DOE, сделало важн... |
![]() | |
США инвестируют 101 млн долларов в испытания контроля выбросов углекислого газа | |
Министерство энергетики США, DOE, объявило о&n... |
![]() | |
Термоядерный синтез: как ученые пытаются приручить энергию Солнца | |
Стремление к получению чистой, устойчивой... |
![]() | |
JEST: Ученые разрабатывают литий-ионную батарею с повышенными характеристиками | |
Технологический прогресс привел к широком... |
![]() | |
Открытие делает органические солнечные элементы более эффективными и стабильными | |
Исследователи из Университета Åbo A... |
![]() | |
JES: Разработан революционный материал для литий-ионных батарей | |
Глобальная гонка за увеличение срока служ... |
![]() | |
AppEn: ИИ проворнее человека находит причины неисправностей топливных элементов | |
Исследовательская группа доктора Чи-Юнг Юнга и... |
![]() | |
Эффективны ли солнечные панели при непрямом солнечном свете? Ученые говорят — да | |
Когда люди думают о солнечной энергии, он... |
![]() | |
Застройщики жилья используют инновации для экономии на коммунальных платежах | |
По мере того как экологичная жизнь превра... |
![]() | |
Криптографический протокол обеспечит безопасный обмен данными в ветроэнергетике | |
Плавучая ветроэнергетика обладает огромным пот... |
![]() | |
Предложен новый способ получения водорода из воды с помощью солнечной энергии | |
Специалисты в области нанохимии добились ... |
![]() | |
AM&I: Пористые электроды из оксида кремния — прорыв в хранении энергии | |
Батареи стали неотъемлемым компонентом совреме... |
![]() | |
AC: Разработаны безопасные и стабильные батареи на основе цинка | |
Перезаряжаемые литий-ионные батареи питают все... |
![]() | |
Появилась концепция устойчивых полимерных электролитов для топливных элементов | |
Исследовательская группа под руководством... |
![]() | |
В МИСИС разработали термоэлектрик для зеленой энергетики | |
Новый метод производства материалов, которые м... |
![]() | |
Energy: Появилось инновационное решение для получения солнечной энергии с небес | |
Некоторые места не слишком благоприятны д... |
![]() | |
PhysRevLett: Найден способ улучшить аккумуляторы с помощью квантовой механики | |
В последние годы ученые работают над новы... |
![]() | |
NF: Выравнивание спина для термоядерного топлива удешевит ядерную энергию | |
Новое исследование предлагает способ, как ... |