Оскільки проблема викидів вуглецю стає дедалі гострішою, зменшення вуглецевого сліду стало центром уваги світової спільноти. Серед заходів щодо скорочення викидів вуглецю, біовугілля викликало значний інтерес як стійке рішення. Читайте далі, щоб дізнатися про принцип формування вуглецевого сліду та про те, яку роль біовугілля відіграє у зменшенні вуглецевого сліду.
Що таке вуглецевий слід?
Вуглецевий слід – це міра загальних викидів парникових газів (ПГ), що утворюються прямо чи опосередковано окремою особою, організацією, продуктом, послугою чи діяльністю протягом їхнього життєвого циклу. Ці викиди зазвичай виражаються в еквівалентах вуглекислого газу (CO₂e). Він охоплює такі парникові гази, як вуглекислий газ (CO₂), метан (CH₄) та закис азоту (N₂O). Розрахунок вуглецевого сліду допомагає кількісно оцінити вплив діяльності людини на зміну клімату. Він є основою для розробки стратегій скорочення викидів та досягнення цілей вуглецевої нейтральності.
Відділ корпоративного вуглецевого сліду
Згідно з Протоколом про парникові гази (ПГ), викиди вуглецю поділяються на три сфери (Сфера 1, Сфера 2 та Сфера 3), щоб допомогти компаніям виявляти та керувати викидами парникових газів з різних джерел.
Область 1: прямі викиди
- Викиди від горіння: Котли, транспортні засоби та інше обладнання, що використовується в промисловому ланцюжку, спалюють викопне паливо (таке як природний газ, вугілля та нафта), утворюючи CO₂.
- Викиди від процесу: Хімічні реакції в певних промислових процесах виділяють парникові гази. Наприклад, кальцинація та розкладання вапняку у виробництві цементу утворює CO₂.
- Неконтрольовані викиди: Витік холодоагентів, вогнегасників та інших хімічних речовин. А також неконтрольовані викиди парникових газів під час видобутку нафти і газу та обробки відходів.
Сфера 2: Непрямі викиди у власності
- Електрика: Коли підприємство отримує електроенергію з загальнодоступної мережі, викиди парникових газів, таких як CO₂, що утворюються під час виробництва цієї частини електроенергії, належать до викидів підприємства категорії 2.
- Тепло і пара: Подібно до електроенергії, якщо компанія використовує тепло або пару, що надаються зовнішнім постачальником, викиди під час їх виробництва та транспортування також включаються до Сфери 2.
Сфера 3: Непрямі викиди – не належить власникам
- Діяльність у вихідному етапі: включаючи викиди, що утворюються внаслідок такої діяльності, як видобуток та переробка сировини, транспортування продукції до приміщень підприємства та обробка відходів.
- Діяльність нижче за течією: Викиди, що утворюються внаслідок транспортування готової продукції до споживачів, на етапі використання продукції та утилізації продукції після закінчення її життєвого циклу.
Далі буде проведено детальний аналіз вуглецевого сліду деяких ключових галузей промисловості.
Формування вуглецевого сліду сільського господарства
Джерело1: Виробнича діяльність, пов'язана з ґрунтом
Викиди CO₂
- Дихання ґрунту: Органічна речовина ґрунту розкладається під дією мікробів, вивільняючи CO₂. Чим вищий вміст органічної речовини, тим більша інтенсивність дихання та викиди CO₂.
- Спалювання стерні: Спалювання стерні на полі безпосередньо вивільняє CO₂ та прискорює окислення органічної речовини ґрунту, опосередковано збільшуючи викиди CO₂.
- Експлуатація машин: Трактори та комбайни спалюють викопне паливо, безпосередньо викидаючи CO₂. Дослідження показують, що споживання палива машинами становить приблизно 30–40% від загального вуглецевого сліду сільського господарства.
Викиди CH₄
- Затоплені рисові поля: На затоплених полях, таких як рисові поля, анаеробні умови сприяють розвитку мікроорганізмів, що продукують метан (метаногенів), що призводить до значних викидів метану. Метан потрапляє в атмосферу через пори ґрунту або воду, при цьому парниковий ефект приблизно в 25 разів перевищує парниковий ефект CO₂.
- Процес компостування: Органічні добрива (такі як гній тварин та солома) можуть генерувати метан, якщо постачання кисню недостатнє, створюючи локальні анаеробні умови, що сприяють утворенню метану. Неправильне управління (наприклад, надмірно вологий або погано вентильований компост) може значно збільшити викиди метану.
Викиди N₂O
- Внесення азотних добрив: Коли синтетичні азотні добрива (наприклад, сечовина, аміачна селітра) вносяться в ґрунт, амоній (NH₄⁺) піддається нітрифікації в аеробних умовах, утворюючи нітрат (NO₃⁻). Потім нітрат піддається денітрифікації в локалізованих анаеробних середовищах, вивільняючи N₂O.
- Процес компостування: Мікроорганізми спочатку мінералізують органічний азот на NH₄⁺ та нітрифікують його на NO₃⁻. У локалізованих анаеробних зонах компостної купи відбувається неповна денітрифікація, що призводить до вивільнення N₂O. Надмірна вологість, погана аерація або незбалансоване співвідношення C/N можуть посилити це викидання.
Джерело2: Виробництво сільськогосподарських ресурсів
Добрива та пестициди
Синтез азотних добрив вимагає високих температур і тиску, споживаючи велику кількість викопного палива, з викидами 2.2–2.5 тонни CO₂ на тонну аміаку. Виробництво пестицидів включає складний органічний синтез та використання розчинників і каталізаторів, викидаючи 1.5–2.0 кг еквіваленту CO₂ на кілограм продукції.
Пластикова сільськогосподарська плівка
Поліетиленові (HDPE/LDPE) сільськогосподарські плівки, виготовлені з нафтохімічних матеріалів (наприклад, етилену), мають вуглецевий слід 2.6–2.9 кг CO₂e на кілограм під час виробництва, від видобутку сировини до заводського виробництва. Після утилізації (наприклад, спалювання, захоронення на сміттєзвалищі або природного розкладання) ці плівки також виділяють CO₂.
Джерело3: Зміна землекористування
Вирубка лісів
Лісові ґрунти та рослинність зберігають приблизно 123–243 тонни вуглецю на гектар. Однак, при перетворенні на сільськогосподарські угіддя, середні втрати вуглецю становлять близько 100–135 тонн на гектар (що еквівалентно 367–496 тоннам CO₂ на гектар). Крім того, ця територія втрачає здатність поглинати 2.2 тонни CO₂ на гектар щорічно.
Перетворення водно-болотних угідь
Осушення та культивація органічного ґрунту у водно-болотних угіддях (таких як торфовища) призводить до розкладання органічної речовини, що вивільняє велику кількість CO₂ та N₂O. У 2021 році лише цей процес спричинив викиди близько 0.8 Гт CO₂e, що становить майже 20% глобальних викидів, спричинених змінами у землекористуванні.
Деградація ґрунту
Інтенсивне землеробство, надмірне удобрення та ерозія ґрунту призводять до деградації ґрунту та структурних пошкоджень. В результаті щороку у світі втрачається приблизно 124 мільйони тонн органічного вуглецю (що еквівалентно приблизно 455 мільйонам тонн CO₂). Деградація ґрунту значно знижує потенціал поглинання вуглецю ґрунтом та його продуктивність.
Формування вуглецевого сліду лісів
Джерело1: Діяльність із заготівлі деревини
Запис
Споживання палива лісозаготівельною технікою (наприклад, харвестерами, бензопилами) та обладнанням для транспортування деревини (наприклад, форвардери, трактори) безпосередньо призводить до викидів CO₂. Крім того, складність лісового рельєфу (наприклад, круті схили, заболочені землі) збільшує труднощі механічних операцій, що призводить до вищого споживання енергії та викидів на одиницю роботи.
Транспорт
Викиди палива від транспортних засобів, що використовуються для перевезення круглого лісу або деревної тріски автомобільним або залізничним транспортом, є найбільшим джерелом вуглецевого сліду лісництва. Транспортування на короткі відстані від місця лісозаготівлі до місць тимчасового зберігання здійснюється за допомогою поїздів, важких дизельних вантажівок і тракторів, всі з яких сильно залежать від викопного палива.
Утилізація відходів
Відкрите спалювання лісозаготівельних відходів (гілок, кори) безпосередньо вивільняє CO₂ та CH₄, при цьому на гектар викидається приблизно 2–5 тонн еквіваленту CO₂. Захоронення цих відходів генерує парникові гази внаслідок мікробного розкладання. Якщо лісові відходи накопичуються, вони становлять ризик пожежі, потенційно стаючи джерелом вуглецю.
Джерело2: Втрата здатності лісів поглинати вуглець
Деградація лісів
В останні роки надмірна вирубка лісів, перетворення природних лісів на плантації та перетворення лісових угідь на будівельні майданчики завдали значної шкоди структурі та функціям лісів. Це призвело до втрати вуглецю, що зберігається у первісній рослинності, що спричинило чисте зменшення запасів вуглецю в лісах та значне збільшення вуглецевого сліду лісів.
Вплив стихійних лих
З 21-го століття викиди вуглецю від лісових пожеж перевищили 100 мільярдів тонн. Лісові пожежі виділяють 50–100 тонн CO₂ на гектар згорілої площі. Після пожежі згорілі дерева розкладаються або гниють, продовжуючи виділяти вуглець. Відновлення рослинності на згорілих територіях відбувається повільно, а здатність до поглинання вуглецю знижується протягом десятиліть.
Формування вуглецевого сліду худоби
Джерело1: Тваринництво
Ентеральна ферментація
Жуйні тварини виробляють та виділяють CH₄ через процес ферментації у своїх шлунках, зокрема завдяки дії архей, що виробляють метан. В середньому одна молочна корова викидає 70–120 кг CH₄ щорічно. За оцінками, глобальна кишкова ферментація від худоби виробляє близько 4 мільярдів тонн еквіваленту CO₂ щороку.
Управління гноєм
В анаеробних умовах зберігання та обробка гною виділяють CH₄ та N₂O. Системи управління рідким гноєм (наприклад, біогазові ями, септики) є найбільшими джерелами викидів CH₄, тоді як системи твердого компостування переважно викидають N₂O. Глобальне управління гноєм у тваринництві становить приблизно 2 мільярди тонн еквіваленту CO₂ щорічних викидів.
Джерело2: Управління фермерським господарством
Обробка кормів
Цей процес включає такі етапи, як збирання врожаю, подрібнення, виготовлення силосу, сушіння, змішування та гранулювання кормових культур. Ці операції потребують дизельного палива та електроенергії, що призводить до прямих або непрямих викидів CO₂.
Експлуатація об'єкта
Операції на тваринницьких фермах включають опалення, вентиляцію, освітлення, доїльні установки та системи автоматичного годування. Ці види діяльності генерують непрямі викиди від спалювання палива та споживання електроенергії.
Джерело3: Зміна землекористування
Кормове сільськогосподарське виробництво
Вирощування кормових культур перетворює природні екосистеми на сільськогосподарські угіддя для таких культур, як соя та люцерна. Такий тип зміни землекористування зменшує здатність екосистем до поглинання вуглецю. Наприклад, інтенсивні методи ведення сільського господарства можуть призвести до щорічного зменшення зберігання вуглецю в ґрунті на 0.5–1%.
Перевипас худоби
Висока щільність випасу худоби зменшує рослинний покрив на луках, що призводить до втрати органічного вуглецю з ґрунту та збільшує ризик вітрової та водної ерозії. Надмірний випас худоби призводить до викидів приблизно 500 мільйонів тонн CO₂-еквіваленту щорічно, що зменшує здатність пасовищних систем поглинати вуглець на 30–50%.
Формування вуглецевого сліду будівельної галузі
Джерело1: Виробництво цементу
Випалювання вапняку
У виробництві цементу вапняк (який в основному складається з CaCO₃) нагрівається за високих температур для розкладання на CaO та CO₂. Цей процес безпосередньо сприяє приблизно 60% викидів вуглецю від цементної промисловості. Оскільки світове виробництво цементу продовжує зростати (досягнувши 340 мільйонів тонн у 2011 році), загальні викиди також зросли через масштабніше виробництво.
Спалювання в обертовій печі
Паливо (наприклад, вугілля, біомаса), що спалюється в обертових печах для нагрівання сировини, генерує CO₂, на який припадає 40% від загального обсягу викидів від виробництва цементу. Сучасні високоефективні печі зменшили споживання енергії на 50% порівняно з традиційними мокрими печами, але залежність від викопного палива у виробництві цементу зберігається.
Джерело2: Виробництво сталі
Виплавка сталі
Виробництво сталі залежить від доменно-кисневого процесу. У цьому процесі кокс використовується як відновник для реакції із залізною рудою (Fe₂O₃) для отримання чавуну, що призводить до виділення великої кількості CO₂. Виплавка сталі щорічно викидає близько 2.6 мільярда тонн CO₂, що становить 7% світових викидів, пов'язаних з енергетикою.
Перевезення сталі
Оскільки виробничі потужності зі сталеливарного виробництва часто розташовані далеко від споживчих ринків, транспортна логістика відіграє значну роль. Глобальна логістика сталеливарного транспорту в основному працює на дизельному паливі (понад 60% автомобільних перевезень). Транспортування сталі становить 3–5% річних викидів вуглецю в сталеливарній промисловості (приблизно 7.8–13 мільйонів тонн CO₂).
Джерело3: Будівельна діяльність
Споживання будівельної техніки
Важка техніка, така як бульдозери та крани, використовує дизельне паливо. Кожен літр спаленого дизельного палива виробляє 2.68 кг CO₂. За даними Агентства з охорони навколишнього середовища США (EPA), великі будівельні майданчики споживають понад 5,000 літрів палива щодня, що призводить до щорічних викидів 50 тонн CO₂.
Звалище відходів
Деревина, пластик та інші органічні відходи, що утворюються під час знесення або нового будівництва, відправляються на звалища, де вони анаеробно розкладаються, вивільняючи CH₄. Кожна тонна змішаних будівельних відходів, що захоронюються на звалищі, вивільняє близько 0.5 тонни еквівалента CO₂. Цей процес призводить до глобальної втрати близько 120 мільйонів тонн потужності для поглинання вуглецю щорічно.
Галузеві рушійні сили зменшення вуглецевого сліду
Тиск на регулювання політики
Оскільки глобальна увага до зміни клімату зростає, уряди та міжнародні організації впроваджують суворішу екологічну політику та цілі. Наприклад, Паризька угода закликає країни вжити заходів для обмеження глобального потепління та сприяння зеленому, низьковуглецевому розвитку. Багато країн вже запровадили механізми ціноутворення на вуглець, такі як вуглецеві податки або системи торгівлі викидами, які безпосередньо впливають на операційні витрати бізнесу. Щоб дотримуватися цих правил та уникнути потенційних штрафів, підприємства повинні знайти способи зменшення свого вуглецевого сліду.
Вимоги ланцюга поставок
Зменшення вуглецевого сліду часто означає підвищення ефективності використання ресурсів та зменшення споживання енергії, що може безпосередньо призвести до економії коштів. Наприклад, оптимізація виробничих процесів, використання відновлюваної енергії та підвищення ефективності логістики можуть знизити операційні витрати. Що стосується управління ланцюгами поставок, то все більше компаній починають вимагати від своїх постачальників низьковуглецевих продуктів та послуг. Це означає, що підприємства, які ефективно керують своїм вуглецевим слідом, матимуть конкурентну перевагу на ринку.
Імідж бренду та споживчі тенденції
Сучасні споживачі дедалі більше стурбовані питаннями захисту довкілля та соціальної відповідальності, віддаючи перевагу брендам, які підтримують принципи сталого розвитку. Тому активні кроки щодо зменшення вуглецевого сліду не лише покращують імідж бренду, але й приваблюють екологічно свідомих споживачів. Більше того, сильна репутація бренду може допомогти компаніям завоювати довіру та підтримку інвесторів, особливо враховуючи, що ESG-інвестування стає все більш популярним. Іншими словами, зменшення вуглецевого сліду є ключем до сталої трансформації підприємства.
Зрозумійте біомасу та біовугілля
Вуглецевий слід у біомасі
За оцінками, рослини в усьому світі щорічно поглинають приблизно 600 мільярдів тонн вуглецю за допомогою фотосинтезу, з яких 10% можна перетворити на відходи біомаси. Біомаса, відокремлена від середовища зростання, зазвичай піддається природному розкладанню. Це означає, що щорічно близько 60 мільярдів тонн вуглецю знаходяться в нестабільному стані. Крім того, діяльність людини, наприклад спалювання або компостування, прискорює процес розкладання біомаси. Деякі елементи вуглецю в біомасі перетворюються на вуглекислий газ (CO2) або метан (CH4). Це призводить до збільшення вуглецевого сліду. Нижче наведена схематична діаграма, що ілюструє вуглецевий слід біомаси.
Процес виробництва біовугілля
Біовугілля виробляється шляхом піролізу біомаси в умовах високих температур і низького вмісту кисню. В біовугільна машина, волога та леткі органічні сполуки з біомаси видаляються, залишаючи стабільний вуглецевий залишок. Виробництво біовугілля перетворює нестабільну біомасу на стійкий вуглець. Він може зберігатися в навколишньому середовищі протягом століть. Високоякісне біовугілля має такі характеристики:
- Висока пористість: Biochar має велику кількість мікро- та мезопор. Ці пори зазвичай мають розміри від нанометрів до мікрометрів, забезпечуючи велику площу поверхні для адсорбції молекул газу.
- Хімічна інертність: біовугілля демонструє високопружну вуглецеву структуру. Ця структура стійка до біологічного розкладання або хімічного окислення, що робить її стабільним середовищем зберігання вуглецю.
Як Biochar зменшує вуглецевий слід
В останні роки біовугілля стало ефективним інструментом для скорочення викидів вуглецю. Його стабільна тверда вуглецева структура може зберігати вуглець біомаси протягом тривалого часу. Крім того, його пористі властивості можуть перешкоджати утворенню потужних парникових газів в анаеробних середовищах. Водночас, як низьковуглецева альтернатива, біовугілля може зменшити залежність від промислової сировини та сільськогосподарських ресурсів у галузях промисловості з високими викидами вуглецю. Воно досягає повноциклового ефекту зменшення вуглецевого сліду завдяки синергетичному механізму «фіксація вуглецю – придушення викидів – заміщення». Нижче детально описано, як біовугілля може зменшити вуглецевий слід для кількох типових галузей промисловості:
Зменшення вуглецевого сліду сільського господарства
Збільшення накопичення вуглецю в ґрунті
- Секвестрація вуглецю: Високопориста структура біовугілля адсорбує органічні речовини ґрунту, уповільнюючи мікробне розкладання. Це продовжує час утримання вуглецю до сотень років.
- Поліпшення грунту: Біовугілля сприяє агрегації ґрунту, покращуючи утримання води та поживних речовин, опосередковано підтримуючи фотосинтез рослин та надходження вуглецю коренями.
Зменшення спалювання та компостування
- Заміна при спалюванні: Технологія піролізу перетворює сільськогосподарські відходи на біовугілля, запобігаючи прямим викидам CO₂ від спалювання та непрямим викидам від прискорення розкладання органічної речовини ґрунту.
- Оптимізація компостування: Біовугілля покращує аерацію компосту, пригнічуючи утворення CH₄ в анаеробних умовах. Воно також адсорбує азот, зменшуючи викиди N₂O.
Зменшення використання добрив
- Адсорбція азоту: Біовугілля адсорбує NH₄⁺ та регулює pH ґрунту, пригнічуючи процеси нітрифікації-денітрифікації, що призводить до скорочення викидів N₂O на 20%-30%.
- Додавання добрив: Композитні добрива на основі біовугілля зменшують використання хімічних добрив на 25-30%, опосередковано знижуючи викиди з високим споживанням енергії під час виробництва добрив.
Зменшення вуглецевого сліду лісового господарства
Утилізація відходів
- Зменшення спалювання та захоронення відходів: Гілки, кора та інші відходи можуть бути піролізовані на біовугілля, що запобігає викидам CO₂ від відкритого спалювання та CH₄ від захоронення на сміттєзвалищах.
- Зменшення споживання енергії на транспорті: Розташовані поблизу лісів виробничі потужності з виробництва біовугілля зменшують споживання дизельного палива для транспортування деревини/тріски на великі відстані.
Сприяння поглинанню вуглецю в лісах
- Поліпшення стану ґрунту: Біовугілля підвищує родючість ґрунту та утримання води в районах лісовідновлення, прискорюючи ріст дерев та збільшуючи поглинання вуглецю на одиницю площі.
- Відновлення екосистеми: Біовугілля прискорює відновлення рослинності на деградованих або постраждалих від стихійних лих районах, компенсуючи втрати вуглецю від надмірної вирубки деревини або лісових пожеж.
Запобігання впливу лісових пожеж
- Зменшення паливного навантаження: Біовугілля виробляється шляхом розчищення сухих гілок та відходів, що знижує ймовірність лісових пожеж. Це зменшує прямі викиди від пожеж та довгострокові втрати вуглецю після стихійного лиха.
- Вогнезахисний матеріал та захист: Біовугілля, що покриває ґрунт, може придушити поширення вогню. Після пожежі нанесення біовугілля допомагає зменшити ерозію ґрунту, зберігаючи запаси вуглецю в незгорілій рослинності.
Зменшення вуглецевого сліду худоби
Придушення виробництва метану
- Регулювання кишкової ферментації: Біовугілля можна додавати до корму для тварин для адсорбції субстратів для архей, що виробляють метан, у рубці, зменшуючи викиди CH₄.
- Оптимізація мікробної спільноти: Біовугілля змінює характер ферментації в рубці, знижуючи співвідношення оцтової та пропіонової кислот, тим самим зменшуючи шляхи утворення метану.
Оптимізація управління гноєм
- Пригнічення анаеробних викидів: Біовугілля пригнічує анаеробну мікробну активність. Як підстилка або добавка, воно знижує викиди CH₄ з рідкого гною та викиди N₂O з твердого компостування.
- Переробка поживних речовин: Біовугілля адсорбує аміак (NH₃) та фосфор у гної, перетворюючи його на органічне добриво з повільним вивільненням. Це опосередковано зменшує викиди вуглецю під час виробництва добрив.
Підвищення ефективності годування
- Зменшення потреби в кормах: Біовугілля покращує ефективність засвоєння корму. Це зменшує потребу в кормах та прямі викиди, пов'язані з кормами. Це також опосередковано зменшує викиди від процесу вирощування кормів.
- Скорочення циклів зростання: Вищі коефіцієнти конверсії корму сприяють швидшому росту тварин та скорочують цикли розмноження. Таким чином, це зменшує кумулятивні викиди на одиницю ваги.
Зменшення вуглецевого сліду будівельної галузі
Заміна цементного клінкеру
- Добавка до цементу: Біовугілля може замінити частину цементу, що використовується у виробництві, безпосередньо зменшуючи потребу в кальцинації вапняку, на яку припадає 60% викидів цементу.
- Модифікація цементу: Біовугілля покращує оброблюваність бетону, дозволяючи знизити водоцементне співвідношення та зменшуючи кількість цементу, необхідного для досягнення тієї ж міцності, тим самим знижуючи викиди CO₂.
Заміна палива для кальцинації
- Когенерація біомаси: Піроліз виробляє біовугілля та горючі гази, які можуть замінити вугілля в цементних печах, зменшуючи споживання викопного палива.
- Синергія викидів: Вміст сірки та азоту в сировині для біовугілля значно нижчий, ніж у викопному паливі, тому його використання як палива зменшує не лише викиди CO₂, але й забруднюючих речовин, таких як SO₂ та NOₓ.
Заміна відновників плавки
- Виробництво чавуну в доменній печі: Біовугілля може замінити 5%-10% коксу в реакції відновлення вуглецю (C + Fe₂O₃ → Fe + CO₂), зменшуючи споживання викопного вуглецю.
- Потенціал низьковуглецевої металургії: Пориста структура біовугілля збільшує площу поверхні реакції, підвищуючи ефективність відновлення. Це також запобігає викидам, що виникають при високотемпературному коксуванні під час виробництва коксу.
Отримайте своє ексклюзивне рішення від Beston Group
Як провідний експерт з переробки, Beston Group прагне надавати інноваційні рішення для зменшення вуглецевого сліду. Наше сучасне обладнання та індивідуальні рішення дозволили численним клієнтам значно знизити викиди вуглецю. Якщо ви зацікавлені в екологічній переробці відходів, звертайтеся до нас для отримання індивідуального рішення.
