Trošak zamjene ugljika
Procjene održivosti industrijske opreme često se fokusiraju na operativnu energetsku efikasnost. Ovo bilježi ugljik koji se emituje tokom upotrebe, ali propušta ugljik koji se emituje za proizvodnju, transport i odlaganje same opreme. Za opremu koja se često zamjenjuje, utjelovljeni ugljik iz proizvodnje može premašiti operativne uštede ugljika od inkrementalnog povećanja efikasnosti.
Izmjenjivač topline od nehrđajućeg čelika u korozivnoj kemijskoj upotrebi traje 2-4 godine. Tokom 15-godišnjeg vijeka pogona, 4-7 zamjenskih jedinica se proizvede, otpremi, instalira i odloži. Svaka jedinica nosi utjelovljeni ugljik iz proizvodnje, proizvodnje i transporta čelika.
PTFE izmjenjivač topline u istom servisu traje 15+ godina. Jedna jedinica je proizvedena, otpremljena i instalirana. Jedna jedinica se na kraju uklanja. Utjelovljeni ugljik jedne PTFE jedinice može biti veći od jedne jedinice čelika-proizvodnja fluoropolimera je energetski-intenzivna-ali se upoređuje sa kumulativnim ugrađenim ugljikom od 4-7 čeličnih jedinica plus njihova zamjenska logistika.
Utjelovljeni izvori ugljika
Proizvodnja nerđajućeg čelika emituje približno 2,0-3,0 kg CO₂ po kg čelika, u zavisnosti od sadržaja recikliranog materijala i puta proizvodnje. Zavojnica od 50 kg nosi 100-150 kg CO₂ materijala. Izrada - rezanje, savijanje, zavarivanje - dodaje 20-40% otisku materijala. Prijevoz od proizvođača do lokacije dodaje emisije proporcionalne težini i udaljenosti.
Proizvodnja PTFE-a emituje približno 8-12 kg CO₂ po kg fluoropolimera. Ovo je 3-5 puta više od nerđajućeg čelika po kilogramu. Međutim, PTFE izmjenjivač topline za istu funkciju obično teži manje-možda 20 kg za uranjajuću spiralu u odnosu na 50 kg za čelični ekvivalent-jer je cijev tankog zida i potporna struktura je lakša. Ukupni ugrađeni ugljik u jednoj jedinici PTFE je 160-240 kg CO₂ – viši od jedne čelične jedinice, ali istog reda veličine.
Prednost ugljika PTFE-a ne proizlazi iz efikasnosti po-jedinici, već iz eliminacije više zamjenskih jedinica.
Tabela 1: 15-Poređenje ugljičnog otiska životnog ciklusa 15 godina (rad od 50 kW, korozivni servis)
| Izvor ugljika | Nerđajući čelik (2,5 godine životnog veka) | PTFE (15-godišnji život) |
|---|---|---|
| Jedinice proizvedene preko 15 godina | 6 | 1 |
| Utjelovljeni ugljik po jedinici (kg CO₂) | 140-200 | 180-260 |
| Ukupni proizvodni ugljik (kg CO₂) | 840-1,200 | 180-260 |
| Prijevoz po zamjeni (kg CO₂) | 15-25 | 20-30 (jednokratno) |
| Ukupni transportni ugljenik (kg CO₂) | 90-150 | 20-30 |
| Energija za instalaciju/razgradnju po događaju | Manji (dominantan ručni rad) | manji (jednom-put) |
| Odlaganje po jedinici (kg CO₂) | 30-50 (prerada opasnog otpada) | 10-15 (neopasna deponija) |
| Ukupno odlaganje ugljenika (kg CO₂) | 180-300 | 10-15 |
| Ukupni 15-godišnji ugljični otisak (kg CO₂) | 1,110-1,650 | 210-305 |
| Omjer ugljičnog otiska (čelik: PTFE) | 4-6 : 1 |
Utjelovljene procjene ugljika zasnovane na objavljenim podacima o inventaru životnog{0}}ciklusa za proizvodnju nehrđajućeg čelika i PTFE. Prijevoz pretpostavlja 1.000 km kamionom. Odlaganje podrazumijeva tretman opasnog otpada za metal, ne-neopasnu deponiju za PTFE.
Operativna razmatranja ugljenika
Radni ugljen od proizvodnje pare zavisi od efikasnosti izmenjivača toplote. Kao što je objašnjeno u srodnim analizama, metalni namotaji gube efikasnost tokom vremena zbog kamenca i korozije, što zahtijeva više pare za isti toplinski rad. Dodatna potrošnja goriva tokom degradirajućeg vijeka trajanja zavojnice dodaje operativni ugljik.
PTFE kalemovi održavaju stabilnu efikasnost, trošeći konstantnu paru tokom svog radnog veka. Operativna razlika ugljika favorizira PTFE, iako je veličina manja od utjelovljene razlike u ugljiku u odnosu na izbjegnute zamjene.
Dominira izbjegnuti zamjenski ugljik
Dominantna korist ugljika PTFE-a u ovom poređenju je eliminacija 5 zamjenskih jedinica i njihove povezane emisije u proizvodnji, transportu i odlaganju. Ovo je strukturna prednost opreme dugog vijeka-koja se ne može mjeriti nijedno inkrementalno poboljšanje efikasnosti proizvodnje čelika.
Analiza dovodi u pitanje pretpostavku da je metalna oprema ekološki poželjnija jer se metali mogu reciklirati. Dok se čelik može reciklirati, sam proces recikliranja je energetski-intenzivan, a korozijska kontaminacija na hemijskim uslužnim zavojnicama često onemogućuje recikliranje, primoravajući umjesto toga na odlaganje opasnog otpada.
Rezime
Analiza životnog ciklusa ugljičnog otiska u periodu od 15- godina pokazuje da jedan dugovječni PTFE izmjenjivač topline proizvodi 75-85% manje ugljika od više zamjenskih čeličnih jedinica u korozivnoj hemijskoj upotrebi. Utjelovljena prednost ugljika dolazi od eliminacije proizvodnje, transporta i odlaganja emisija 5 zamjenskih jedinica.
Održivost PTFE-a u agresivnim hemijskim okruženjima zasnovana je na propusnosti materijala koji smanjuje dugovečnost. Veći intenzitet ugljika po-kilogramu proizvodnje fluoropolimera više je nego nadoknađen eliminacijom ponovljenih proizvodnih ciklusa potrebnih za alternativu metala s kraćim-životom.
Inženjerska analiza za poređenje ugljika u životnom ciklusu-u specifičnim aplikacijama dostupna je nakon dostavljanja trenutne učestalosti zamjene opreme, specifikacija materijala, udaljenosti transporta i intenziteta ugljika izvora energije.
