Il costo del carbonio della sostituzione
Le valutazioni di sostenibilità delle apparecchiature industriali spesso si concentrano sull’efficienza energetica operativa. Questo cattura il carbonio emesso durante l’uso ma non tiene conto del carbonio emesso per produrre, trasportare e smaltire l’attrezzatura stessa. Per le apparecchiature sostituite di frequente, il carbonio incorporato derivante dalla produzione può superare il risparmio di carbonio operativo derivante da incrementi di efficienza incrementali.
Uno scambiatore di calore in acciaio inossidabile in servizio chimico corrosivo dura 2-4 anni. Nell'arco di 15 anni di vita dell'impianto, vengono prodotte, spedite, installate e smaltite 4-7 unità sostitutive. Ciascuna unità trasporta carbonio incorporato dalla produzione, fabbricazione e trasporto dell’acciaio.
Uno scambiatore di calore in PTFE con lo stesso servizio dura 15+ anni. Un'unità viene prodotta, spedita e installata. Alla fine una unità viene smaltita. Il carbonio incorporato di una singola unità di PTFE può essere superiore a quello di una singola unità di acciaio-la produzione di fluoropolimeri è ad alta intensità energetica--ma viene confrontato con il carbonio incorporato cumulativo di 4-7 unità di acciaio più la relativa logistica di sostituzione.
Fonti di carbonio incarnate
La produzione di acciaio inossidabile emette circa 2,0-3,0 kg di CO₂ per kg di acciaio, a seconda del contenuto riciclato e del percorso di produzione. Una bobina di immersione da 50 kg trasporta 100-150 kg di CO₂ di materiale. La fabbricazione, taglio, piegatura e saldatura, aggiunge il 20-40% all'impronta del materiale. Il trasporto dal produttore al sito aggiunge emissioni proporzionali al peso e alla distanza.
La produzione di PTFE emette circa 8-12 kg di CO₂ per kg di fluoropolimero. Questo valore è 3-5 volte superiore a quello dell'acciaio inossidabile per chilogrammo. Tuttavia, uno scambiatore di calore in PTFE per lo stesso compito pesa in genere meno-forse 20 kg per una bobina a immersione contro 50 kg per un equivalente in acciaio-perché i tubi sono a parete sottile e la struttura di supporto è più leggera. Il carbonio totale incorporato in una singola unità in PTFE è superiore di 160-240 kg di CO₂ rispetto a una singola unità in acciaio, ma nello stesso ordine di grandezza.
Il vantaggio in termini di carbonio del PTFE non emerge dall'efficienza per-unità ma dall'eliminazione di più unità sostitutive.
Tabella 1: Confronto dell'impronta di carbonio del ciclo di vita di 15- anni (servizio da 50 kW, servizio corrosivo)
| Fonte di carbonio | Acciaio inossidabile (durata 2,5 anni) | PTFE (durata 15 anni) |
|---|---|---|
| Unità prodotte in 15 anni | 6 | 1 |
| Carbonio incorporato per unità (kg CO₂) | 140-200 | 180-260 |
| Carbonio totale prodotto nella produzione (kg CO₂) | 840-1,200 | 180-260 |
| Trasporto per sostituzione (kg CO₂) | 15-25 | 20-30 (una tantum) |
| Carbonio totale trasportato (kg CO₂) | 90-150 | 20-30 |
| Energia di installazione/dismissione per evento | Minore (dominante del lavoro manuale) | Minore (una-volta) |
| Smaltimento per unità (kg CO₂) | 30-50 (trattamento rifiuti pericolosi) | 10-15 (discarica non pericolosa) |
| Carbonio totale smaltito (kg CO₂) | 180-300 | 10-15 |
| Impronta di carbonio totale in 15 anni (kg CO₂) | 1,110-1,650 | 210-305 |
| Rapporto impronta di carbonio (Acciaio: PTFE) | 4-6 : 1 |
Stime del carbonio incorporato basate sui dati di inventario del ciclo di vita-pubblicati per la produzione di acciaio inossidabile e PTFE. Il trasporto prevede 1.000 km su camion. Lo smaltimento presuppone il trattamento dei rifiuti pericolosi per i metalli, una discarica non-pericolosa per il PTFE.
Considerazioni sul carbonio operativo
Il carbonio operativo derivante dalla generazione di vapore dipende dall’efficienza dello scambiatore di calore. Come discusso nelle analisi correlate, le bobine metalliche perdono efficienza nel tempo a causa di incrostazioni e corrosione, richiedendo più vapore per lo stesso carico termico. Il consumo aggiuntivo di carburante nel corso della vita utile degradante della bobina aggiunge carbonio operativo.
Le bobine in PTFE mantengono un'efficienza stabile, consumando vapore costante per tutta la loro durata di servizio. La differenza di carbonio operativa favorisce il PTFE, sebbene l'entità sia inferiore alla differenza di carbonio incorporata derivante dalle sostituzioni evitate.
Domina il carbonio sostitutivo evitato
Il vantaggio principale del PTFE in termini di carbonio in questo confronto è l’eliminazione di 5 unità sostitutive e le relative emissioni di produzione, trasporto e smaltimento. Questo è un vantaggio strutturale delle apparecchiature di lunga-durata che nessun miglioramento incrementale nell'efficienza della produzione dell'acciaio può eguagliare.
L’analisi mette in discussione il presupposto secondo cui le attrezzature metalliche sono preferibili dal punto di vista ambientale perché i metalli sono riciclabili. Sebbene l'acciaio sia riciclabile, il processo di riciclaggio stesso è-ad alta intensità energetica e la contaminazione da corrosione sulle bobine dei servizi chimici spesso impedisce il riciclaggio, costringendo invece allo smaltimento di rifiuti pericolosi.
Riepilogo
Un'analisi dell'impronta di carbonio del ciclo di vita del ciclo di vita su un periodo di 15 anni mostra che un singolo scambiatore di calore in PTFE a lunga durata produce il 75-85% in meno di carbonio rispetto a più unità sostitutive in acciaio in servizio chimico corrosivo. Il vantaggio in termini di carbonio incorporato deriva dall’eliminazione delle emissioni di produzione, trasporto e smaltimento di 5 unità sostitutive.
La sostenibilità del PTFE in ambienti chimici aggressivi si basa sulla riduzione della longevità della produttività del materiale. La maggiore intensità di carbonio per-chilogrammo della produzione di fluoropolimeri è più che compensata dall'eliminazione dei cicli di produzione ripetuti richiesti da alternative ai metalli con durata-più breve.
L'analisi ingegneristica per il confronto delle emissioni di carbonio nel ciclo di vita-in applicazioni specifiche è disponibile previa presentazione della frequenza di sostituzione delle apparecchiature attuali, delle specifiche dei materiali, delle distanze di trasporto e dell'intensità di carbonio della fonte di energia.
