6. Сценарії розвитку металургії Сценарії пом‘якшення зміни клімату icon

6. Сценарії розвитку металургії Сценарії пом‘якшення зміни клімату



Назва6. Сценарії розвитку металургії Сценарії пом‘якшення зміни клімату
Дата конвертації27.06.2015
Розмір286.44 Kb.
ТипДокументи
скачать >>>
1. /Rozdil_6.docx6. Сценарії розвитку металургії Сценарії пом‘якшення зміни клімату

6. Сценарії розвитку металургії

6.1. Сценарії пом‘якшення зміни клімату

У цьому виданні можливі шляхи розвитку світової металургійної індустрії розглядаються в контексті так званих сценаріїв пом‘якшення зміни клімату (climate change mitigation). Такі сценарії моделюють можливі варіанти майбутнього, в яких забезпечується обмеження глобального потепління шляхом впровадження певних заходів технологічного, економічного та соціального плану. Слід враховувати, що методологія таких сценаріїв не претендує на прогнозування майбутнього з тією чи іншою вірогідністю. Натомість такі сценарії дозволяють зрозуміти, що саме людство може зробити для забезпечення власного сталого майбутнього. Типовий підхід до розробки сценаріїв пом‘якшення зміни клімату полягає у наступному:

  1. виходячи з моделювання впливу концентрації парникових газів в атмосфері на глобальне потепління обирається певна ціль щодо обмеження концентрації СО2 в атмосфері через деякий проміжок часу (наприклад, до 2050 року);

  2. на підставі моделювання потреби людства у матеріалах, продуктах харчування, енергії, транспортних послуг тощо визначається можлива частка певної галузі людської діяльності у майбутніх викидах парникових газі, що забезпечуватиме досягнення цілі за п.1;

  3. для певної галузі здійснюється оцінка можливостей досягнення завдань за п.2 шляхом впровадження вже існуючих, чи інноваційних технологій, застосування яких дозволить досягти цієї мети.

Як вже зазначалося в Розділі 5, розробка сценаріїв, особливо в глобальних масштабах, є надзвичайно складною задачею з огляду на велику кількість факторів та міждисциплінарний характер інформації. У чинному виданні автор розглядає декілька сценаріїв – насамперед задля демонстрації можливих методологічних підходів до цієї справи.

Перша група сценаріїв, які розробляються під егідою International Energy Agency (IEA)1, належить до збірки World Energy Outlook2 (Всесвітній енергетичний огляд), що публікуються періодично і є широко визнаним джерелом інформації для глобального прогнозування і аналізу та містить велику кількість даних та консультативних матеріалів - як для урядів, так і для бізнесу. Слід зазначити, що час від часу створюються нові сценарії, змінюються їхні назви та зміст. Нижче наведено коротку інформацію про сценарії, які є актуальними на час підготовки чинного видання:

  • New Policies Scenario - сценарій, що бере до уваги велику кількість політичних зобов‘язань, анонсованих різними країнами, включаючи національні зобов‘язання щодо скорочення викидів парникових газів та планів щодо припинення субсидування у галузі викопних енергоносіїв, - навіть за умови, що заходи з впровадження цих зобов‘язань ще не визначені. Використовується як базовий (baseline) сценарій IEA;

  • 450 Scenario - сценарій, який моделює споживання енергоносіїв відповідно до завдання з обмеження глобального збільшення температури на 2°C, обмежуючи концентрацію парникових газів у атмосфері на рівні 450 ppm в еквіваленті CO2.

  • Efficient World Scenario - сценарій, заснований на припущенні, що існуючі та добре опрацьовані енергоефективні технології впроваджуються по усьому світі;

  • Deferred Investment Case - сценарій відтермінованих інвестицій, який аналізує, яким чином розвиватимуться глобальні ринки у випадку, якщо інвестиції у видобуток енергоносіїв на Ближньому Сході та в Північній Африці протягом кількох наступних років виявляться меншими, ніж це передбачено в New Policies Scenario;

  • Energy for All Case - сценарій, що оцінює додаткові інвестиції, необхідні для забезпечення доступу до сучасних видів енергії (зокрема до електрики) по всьому світу до 2030 року;

  • Low Nuclear Case: сценарій, що вивчає наслідки для структури глобального енергетичного балансу у випадку, якщо з тих чи інших причин частка атомної енергії виявиться значно меншою, ніж це прогнозувалося раніше в публікації World Energy Outlook 2011.

  • Current Policies Scenario: сценарій, що прогнозує події за відсутності змін у політиці та законодавстві.

Інша група сценаріїв належить до збірки Energy Technology Perspectives3 (далі ЕТР), що періодично публікується IEA і є широко визнаним джерелом інформації, насамперед, щодо можливостей сучасних та майбутніх технології для досягнення завдань скорочення витрати енергоносіїв та запобігання зміни клімату.

Актуальними на час підготовки чинного видання є наступні:

  • 6°C Scenario (6DS) - сценарій, що передбачає подовження нинішніх тенденцій розвитку. Згідно із ним до 2050 року використання енергії подвоїться (відносно до 2009 року), а загальні викиди парникових газів зростуть ще суттєвіше. За відсутності зусиль зі стабілізації вмісту парникових газів у атмосфері передбачається зростання глобальної температури щонайменше на 6°C. Цей сценарій є відповідним до Current Policy Scenario до 2035;

  • 4°C Scenario (4DS) – сценарій, що враховує нещодавно прийняті зобов‘язання країн світу щодо скорочення викидів та впровадження заходів з покращення енергоефективності. Цей сценарій передбачає збільшення температури на 4°C та в цілому відповідає New Policies Scenario до 2035. Певною мірою він є амбітним сценарієм та вимагає значних змін - як в міжнародному законодавстві щодо зміни клімату, так і в технологіях, які застосовуються. Більш того, довготермінове обмеження зростання температури на 4°C вимагає суттєвого скорочення викидів і після 2050 року;

  • 2°C Scenario (2DS) є предметом основної уваги в Energy Technology Perspectives. Він описує таку послідовність зміни викидів, яка за свідченнями сучасних досліджень з вірогідністю у 80% забезпечить обмеження зростання температури на рівні 2°C (тобто є найбільш амбітним сценарієм). Він встановлює ціль скорочення викидів CO2, пов‘язаних з виробництвом енергії, більше ніж вдвічі у 2050 році (по відношенню до 2009) та подальше їх скорочення після 2050 року. Важливо зазначити, що 2DS визнає трансформування енергетичного сектору життєво необхідним, але недостатнім: ціль може бути досягнуто тільки у випадку, якщо викиди парникових газів скоротяться і в інших галузях. 2DS в цілому відповідає 450 Scenario до 2035.

Оскільки окремі сценарії посилаються на певні цифри, що відповідають зростанню температури або концентрації парникових газів тощо, нижче в табл. 6.1. наведено дані 4 про відповідність між цими та іншими величинами. Зазначимо, що дані табл.6.1 не вповні кореспондуються з результатами моделювання за сценаріями RCP, що використовуються в оціночних звітах IPCC (див табл.1.2, Розділ 1).
Таблиця 6.1

Співвідношення між викидами СО2 та зміною клімату

Збільшення температури,

(°C)

Зміна концентрації

Зміна викидів CO2 до 2050 року

(% по відношенню до 2000 року)

Всі парникові гази

(ppm в еквіваленті СО2)

CO2

(ppm)

2,0-2,4

445-490

350-400

від –85 до –50

2,4-2,8

490-535

400-440

від –60 до –30

2,8-3,2

535-590

440-485

від –30 до +5

3,2-4,0

590-710

485-570

від +10 до +60

4,0-4,9

710-885

570-660

від +25 до +85

4,9-6,1

885-1130

660-790

від +90 до +140


Слід визнати, що незважаючи на зусилля ООН та багатьох інших міжнародних організацій, а також успіхи окремих країн, вищеозначені та численні інші амбітні сценарії залишаються радше побажанням. Більш того, як зазначається у ЕТР 20105, світ рухається у прямо протилежному напрямі, ніж той, що потрібен для забезпечення сталого розвитку, до того ж - у прискореному темпі. Втім, на наш погляд, обізнаність з результатами моделювання сценаріїв є необхідним атрибутом сучасного інженера, який має розуміти роль нових технологій у певному промисловому секторі та підтримувати їх розробку й впровадження у загальному контексті сталого розвитку. Нижче буде розглянуто результати моделювання майбутнього, зокрема з урахуванням модернізації виробництва чавуну і сталі, за даними IEA, а також за матеріалами деяких інших публікацій.

6.2. Сценарії сталого розвитку Energy Technology Perspectives 2014

Energy Technology Perspectives 2014 (ETP 2014)6 застосовує комбінацію прямого та зворотного прогнозування. Зворотне прогнозування (back casting) полягає у розробці можливих шляхів досягнення поставленої мети. При такому підході легше визначити основні віхи, що мають бути досягнуті, або ідентифікувати тенденції, що мають бути скореговані задля досягнення запланованого результату. Перевагою прямого прогнозування (forecasting), в якому кінцевий стан не визначається зарані, але є результатом аналізу, є можливість краще зрозуміти короткотермінові обмеження, що перешкоджають руху у потрібному напрямі.

Як правило, моделювання спрямоване на визначення найбільш економічних шляхів досягнення суспільством бажаних результатів, хоча не у всіх випадках результат дійсно відображає ідеальний найдешевший варіант. Деякі фактори не підлягають ціновому визначенню - такі як політичні рішення, швидкість впровадження технологій, наявність коштів на капітальне будівництво та суспільне сприйняття тих чи інших заходів. Окрім того, найдешевші рішення не завжди є прийнятними для користувачів. Взагалі довготермінове прогнозування містить в собі дуже багато невизначеностей і не може бути надто точним. Іншою проблемою є неможливість достовірно врахувати витрати, пов‘язані з адаптацією до змін клімату. З огляду на це ЕТР комбінує різні моделі та широко залучає для консультацій експертів, завдяки чому результати аналізу вважаються достатньо науково обґрунтованими.

На користь реалістичності прогнозів свідчить те, що навіть 2C Scenario (2DS) не спирається на виникнення радикально нових (breakthrough) технологій. Всі технології, що беруться до розрахунків в ЕТР, або вже комерціалізовані, або знаходяться на тій стадії розробки, що дозволяє припустити можливість їхньої комерціалізації до 2050 року. Припускається, що згодом вартість впровадження таких технологій може скоротитися. До того ж, аналіз ETP враховує лише ті політичні підходи в сфері клімату, які або вже імплементовані, або ж анонсовані.

Задля того, щоб забезпечити більш вірогідні результати, аналіз ЕТР спирається на певний "портфель" (portfolio), що включає спектр технологій. Якщо та чи інша технологія себе не виправдає, то залишається шанс досягнення цілі за рахунок запровадження інших технологій або застосування альтернативних видів палива.

Майбутня потреба у матеріалах (зокрема металопродукції) розраховується з урахуванням ВВП окремих країн та регіонів, рівнів доходів, обсягу виробничих потужностей, поточних рівнів споживання, історичних трендів щодо інтенсивності попиту, наявності ресурсів тощо. Загальні обсяги виробництва моделюються з урахуванням технологій, "вікової" структури підприємств та оборотності виробничих матеріалів. Загальні обсяги виробництва є близькими в різних сценаріях ЕТР, але засоби виробництва є суттєво різними. Наприклад, у випадку чорної металургії, рівні виробництва сталі в сценаріях 6DS та 2DS є однаковими, але 2DS спирається на значно більше використання металолому. Моделі враховують різницю в структурі споживання та рівнях енергозаощадження в різних країнах та регіонах. Прогнозується також зміна цієї структури з огляду на припущення щодо більш широкого розповсюдження та запровадження кращих наявних технологій (BAT) та обмежень, спричинених наявністю сировини.

Враховуючи не дуже високу надійність довготермінових прогнозів обсягів виробництва, ETP 2014 включає два варіанти для кожного зі сценаріїв - з високим та низьким попитом на сталь. Дані прогнозу стосовно світового виробництва сталі наведено на рис.6.1. Цільові значення викидів СО2 прийняті однаковими для обох варіантів, з огляду на що реалізація варіанту з високим попитом передбачає більш суттєве скорочення питомих викидів. Досягнення цілей 2DS для промисловості потребуватиме скоординованих зусиль світової спільноти для подолання багатьох викликів, зокрема таких, як вплив погіршення якості сировини (як руди, так і вугілля) на технологічну та енергетичну ефективність, суспільне сприйняття та екологічні наслідки використання вторинних матеріалів у якості палива, а також дефіцит скрапу. Зокрема, результати моделювання свідчать, що для досягнення цілей 2DS світові викиди СО2 у чорній металургії до 2050 року мають скоротитися на 28% (на 1633 млн т СО2 у річному вимірі) - при зростанні виробництва на 51%. Здебільшого результат буде досягнуто шляхом скорочення витрати енергії, що має дати 42% загального скорочення викидів у цій галузі. Найбільший потенціал для загальносвітового результату матиме виведення з експлуатації мартенівських печей в Україні та Росії, а також удосконалення доменного виробництва в Індії, Китаї та Україні. Передбачається, що у 2050 році 40% прямих викидів СО2 (або 812 млн т на рік) буде уловлюватися засобами CCS.

Структуру впливу чинників, за рахунок яких буде досягнуто скорочення викидів СО2 при виробництві сталі, показано на рис. 6.2.



Рис. 6.1. Виробництво сталі за сценарієм 2DS для варіантів низького і високого попиту

ris 6_2.jpg

Рис. 6.2. Структура впливу різних чинників на величину загального скорочення викидів СО2 при виробництві сталі у світі

Реалістичність короткотермінових результатів сценарію 2DS є досить неоднозначною, насамперед, виходячи з того, що поточні тенденції розвитку чорної металургії є цілком протилежними результатам прогнозу. Так, з 2000 до 2011 рік фактичне споживання енергії при виробництві сталі зросло на 6,2% - головним чином внаслідок зростання обсягів виробництва на 7,1%. Втім, сценарій 2DS передбачає зростання витрати енергії з 2011 по 2025 рік лише на 1,2% при прогнозованому зростанні виробництва на 27%. Тобто, реалізація сценарію передбачає радикальну зміну існуючої тенденції щодо співвідношення між зростанням виробництва сталі та споживанням енергії. До того ж ця зміна має відбутися протягом наступних десяти років.

Аналіз сучасних та більш довготермінових тенденцій, що спостерігалися у минулому, свідчить, що у період з 1950 по 2000 рік середньосвітовий показник питомої витрати енергії при виробництві сталі скоротився приблизно на 60%, після чого потенціал скорочення витрати енергії в рамках існуючих технологій значною мірою був вичерпаний7. Так, у ХХІ сторіччі в середньому у світі енергетична ефективність стабілізувалася - за даними IEA витрата енергії складала 20,7 ГДж/т сталі у 2011 (у 2013 за даними WorldSteel Association - близько 20 ГДж/т) проти 21,7 ГДж/т сталі у 2000 році. При цьому, хоча й мало місце певне зростання ефективності виробництва, але ж частка сталі, виробленої зі скрапу, у світі скоротилася з 47% у 2000 до 29% у 2011 році, що негативно позначилося на загальній витраті енергії. Значною мірою це відбулося внаслідок того, що виробництво сталі в Китаї здебільшого розвивається за варіантом "доменна піч - конвертер". Втім короткотермінова частина сценарію 2DS передбачає зростання частки електродугової плавки у виробництві сталі до 37% у 2025 році. Тобто, ця частина прогнозу також протирічить тому, що насправді спостерігалося протягом останнього десятиріччя.

Досягнення цілей 2DS також передбачає, що на всіх нових та модернізованих підприємствах буде впроваджено ВАТ, що взагалі не будуть використовуватися мартенівські печі та скоротиться використання вугілля при виробництві DRI. Суттєве значення матиме промислова комерціалізація починаючи з 2020 року тих технологій, що на сьогоднішній день ще знаходяться в стадії промислово-дослідних установок. В технологічному плані сценарії ЕТР здебільшого спираються на припущення про успішну реалізацію проектів ULCOS та COURSE50, а також на прогрес у подальшій розробці технологій HIsmelt та Finex (див. детально в Розділі 5). Зокрема завдяки впровадженню цих технологій у 2025 році середньосвітовий рівень питомих витрат енергії має скоротитися до рівня 18,9 ГДж/т сталі, тобто на 10% відносно 2011 року.

6.3. Інші сценарії розвитку металургії

Великою мірою сценарії ІЕА є зворотними моделями (backcasting), тобто вони описують те, що може бути зроблено для досягнення певних кількісних показників, таких як сумарні викиди СО2 через певний період часу. Втім, при цьому не завжди зрозуміло, наскільки при цьому будуть задоволені як глобальні, так і локальні потреби людства. З огляду на те, що сьогодні фактично відсутні механізми, які спонукали б як людство в цілому, так і уряди окремих країн узгоджувати питання розвитку, виходячи саме з мети запобігання зміни клімату, а не з завдань подолання бідності, безробіття, ресурсної залежності тощо, реалістичність реалізації цих сценаріїв є досить сумнівною. До того ж аналіз поточної ситуації, наведений у попередньому параграфі, свідчить про те, що світ в цілому продовжує рухатися у прямо протилежному напрямі, ніж той, що його моделює ІЕА.

З огляду на це, інтерес являє інша група сценаріїв, які розробляються, виходячи з аналізу певних сучасних тенденцій та історичних закономірностей, тобто таких, що є у звичайному сенсі прогнозами (forecast). Останнім часом моделювання майбутнього металургії отримало значного розвитку у науковій літературі. Зважаючи на велику кількість таких публікацій та обмежений характер чинного видання, нижче проаналізовано - лише у якості прикладу - результати досліджень, виконаних групою авторів, що представляють Університет Кембриджу (Велика Британія), Норвезький університет науки і технології (м. Трондгейм) та Технологічний університет Дельфту (Нідерланди).

Суттєвим фактором для прогнозування майбутніх викидів є визначення співвідношення між виробництвом сталі з руди та зі скрапу, що, у свою чергу, потребує вирішення складної задачі прогнозування наявності скрапу у майбутньому. Слід зауважити, що виробництво сталі зі скрапу, отриманого з продуктів, що відслужили свій вік, не є зовсім адекватною альтернативою виробництву сталі з первородного заліза з огляду на якісні показники.

Сценарій, заснований на припущенні про можливість застосування для моделювання процесів у країнах, що розвиваються, історичних трендів, які спостерігалися для розвинутих країн.

Одним із популярних методологічних підходів є застосування методу аналізу потоків матеріалів (Material Flow Analysis), який включає, зокрема:

  • визначення кількості матеріалів, що знаходяться в експлуатації у вигляді вироблених з них товарів;

  • оцінку терміну «життєвого циклу» цих матеріалів;

  • оцінку ступеню рециклінгу вживаних продуктів тощо.

Цей підхід застосовується і при прогнозуванні майбутньої потреби в сталі. Слід зазначити, що вже сьогодні сталь є найбільш рециркульованим матеріалом у світі. Втім, технологічно, цілковито можливим є подальше підвищення рівня використання сталі з відходів. В табл. 6.2. наведено дані WorldSteel Association 8 щодо поточного та прогнозного рівнів рециклінгу, а також "тривалості життя" сталі у вигляді продуктів окремих галузей (цифри не враховують так званого внутрішнього реціклінгу сталі - у вигляді обрізі, некондиційної продукції тощо).

Дослідження свідчать, що кількість сталі у вигляді споживчих товарів чи різноманітних конструкцій на душу населення в розвинутих країнах має тенденцію до насичення, тобто майбутня потреба певною мірою залежить від "тривалості життя" цих товарів чи матеріалів. Теоретично, наступну потребу у матеріалах для країн, що нині розвиваються, також можна прогнозувати, виходячи з припущення щодо подібного насичення у майбутньому.

Таблиця 6.2

Рівень рециклінгу та термін життєвого циклу сталі у вигляді продуктів окремих галузей

Галузь

Рівень рециклінгу, %

тривалість життєвого циклу, роки

2007

2050

Будівництво

85%

90%

40 - 70

Автомобілебудування

85%

90%

7 - 15

Машинобудування

90%

95%

10 – 20

Електротехніка

50%

65%

4 – 10

Середньозважена величина для світу

83%

90%

-

Збір та обробка даних про поточну кількість сталі, що знаходиться у вигляді товарів чи конструкцій, для кожної країни світу є майже неможливою задачею. Замість цього використовуються непрямі методи з застосуванням макроекономічних показників. Наприклад, в роботі 9 досліджено статистичний зв‘язок між рівнем валового внутрішнього продукту (ВВП) на душу населення та кількістю сталі, що знаходиться у вжитку, для шести розвинутих країн протягом останніх ста років (див. рис. 6.3). На підставі цього статистичного зв‘язку виконано оцінку наявних, а на основі прогнозування ВВП зроблено прогноз майбутніх рівнів матеріальних потоків для 222 країн світу.

ris 6_3.jpg

Рис.6.3. Кількість сталі у вжитку (т на душу населення) залежно від ВВП на душу населення (в міжнародних доларах 1990 рокуa) для розвинутих країн. Сірою лінією показано узагальнений тренд.

В роботі 10, що має символічну назву «Доба залізного скрапу», запропоновано динамічну модель оцінювання кількості сталі, що знаходиться у споживанні, яка також базується на припущенні про насичення цієї кількості на душу населення в країнах, що розвиваються, у майбутньому. Окрім того, авторами виконано прогноз постачання скрапу від різних промислових галузей. Результати моделювання свідчать про наступні тенденції та виклики.

Тенденції зміни попиту на сталь та наявності скрапу. Результати моделювання свідчать про можливість екстремальної зміни попиту на сталь у Китаї, на Близькому Сході, в Латинській Америці та Індії протягом ХХІ сторіччя. Зокрема, як видно з результатів моделювання, наведених на рис.6.4, в Китаї попит на сталь сягне максимуму між 2020 та 2030 роками з подальшим його зниженням. Наприкінці ХХІ сторіччя в Китаї знову спостерігатиметься збільшення попиту на сталь, що є прямим результатом припущень моделі щодо терміну користування: нинішній будівельний бум у Китаї при середньому терміні користування у 75 років матиме наслідком хвилю заміни металоконструкцій після 2070 року.

Згідно з результатами моделювання, постачання скрапу змінюється не настільки динамічно, як попит на сталь. Сьогодні більшість скрапу постачається з розвинутих країн, що має змінитися вже після 2025 року, коли Китай має стати найбільшим постачальником скрапу. Наприкінці сторіччя як у споживанні сталі, так і у постачанні скрапу домінуватимуть країни, які сьогодні вважаються країнами, що розвиваються.

ris 6_4.jpg

Рис.6.4. Результати моделювання попиту на сталь та постачання скрапу за регіонами

Щодо глобальних показників, результати моделювання свідчать про наступне. Сукупний кінцевий попит на сталь у вигляді споживчих матеріалів та продуктівb зросте з 1100 млрд т на рік у 2008 до 1600 млрд т у 2050 році та близько 2000 млрд т у 2100 році (рис.6.5). Хоча споживання сталі в окремих регіонах пройде через максимум протягом сторіччя, глобальне споживання зростатиме й після 2100 року – головним чином за рахунок росту споживання в країнах, що розвиваються (Азія та Африка). Після 2020 року спостерігатиметься пік попиту на конструкційну сталь, спричинений розвитком будівництва у Китаї. Слід зазначити, що сьогодні більшість старого скрапу рециркулюється саме при виробництві конструкційних марок сталі, але приблизно після 2025 року кількість наявного скрапу вже перевищить потребу у конструкційній сталі, що мотивуватиме використання скрапу також при виробництві сталі для машинобудування (пов‘язані із цим технологічні та управлінські виклики розглянуто нижче). Після 2050 року кількість наявного скрапу перевищуватиме кінцевий попит на нього не лише в Китаї, але й у Західній Європі та країнах колишнього СРСР.

final demand.jpg

Рис.6.5 Кінцевий попит у споживчому секторі та постачання скрапу (під новим скрапом розуміють той, що утворюється в процесі виготовлення продуктів, а під старим - той, що утворюється після досягнення продуктами кінцевого терміну, тобто металолом)

Отже з багатьох причин (виробництво сталі зі скрапу дешевше, екологічно безпечніше та споживає менше енергії) глобальна потреба у сталі, отриманій з доменного чавуну, може сягнути піку вже близько 2025 року з подальшим її скороченням, що матиме своїм наслідком виникнення надлишкових доменних печей у наступні роки. Очікується, що виробництво сталі зі скрапу зросте більше ніж вдвічі до 2050 року та перевищить виробництво первородної сталі між 2050 та 2060 роками.

Виклики для інтегрованих підприємств. Значна кількість сталеплавильних потужностей може стане непотрібною для задоволення внутрішніх потреб у Західній Європі, розвинутих країнах Азії та Китаї, втім, якщо до цього часу Індія, Латинська Америка та Близький Схід, де попит продовжить зростати, ще не задовольнятимуть власні потреби, тоді можливість експорту сталі в ці регіони може подовжити термін існування металургійних підприємств у першій категорії країн.

Виходячи з зазначеного, можна уявити два наступних сценарії.

Перший сценарій припускає, що потреби окремих країн задовольняються на глобальному ринку (так званий сценарій "торгівля слідує за потужностями" - trade follows capacity). У цьому випадку виробництво розташовується на вже існуючих сьогодні підприємствах незалежно від того, де виникає попит, а кінцевий стальний продукт постачається туди, де він є потрібним. У цьому випадку існує можливість того, що, незважаючи на зменшення попиту на первородну сталь, після 2025 року значна частина вже існуючих виробничих потужностей інтегрованих підприємств може сягнути 60-річної «вікової» межі та бути виведеною з експлуатації природним чином. Тим не менш, навіть за цим сценарієм між 2040 та 2060 роками доменні печі з загальним обсягом виробництва приблизно у 200 млн т на рік мають бути виведені з експлуатації, так і не сягнувши кінцевої амортизації. Більш того, між 2020 та 2070 роками не буде потреби у будівництві нових доменних печей. Тим не менш, за таким сценарієм відкриті ринки для сталі та скрапу можуть сприяти більш-менш раціональному використанню існуючих підприємств у глобальному вимірі.

Іншим сценарієм є випадок, коли виробничі потужності слідують за попитом (capacity follows demand). За цим сценарієм різні регіони світу з міркувань ресурсної безпеки та незалежності будуватимуть власну металургійну інфраструктуру, незважаючи на наявність надлишкових потужностей в інших країнах. У цьому разі продовжиться будівництво нових потужностей в Індії, на Близькому Сході, в Латинській Америці та Африці. Наслідком цього стане передчасне виведення з експлуатації – головним чином в Китаї та Західній Європі - потужностей обсягом 500 млн т на рік на додачу до ще 100 млн т потужностей, що сягнуть повної амортизації. Таким чином, розміщення підприємств з огляду на задоволення регіональних потреб, з великою мірою вірогідності, призведе до надлишкових потужностей, падіння цін та розвитку кризових явищ. Нажаль, цей сценарій є вельми реалістичним і фактично вже реалізується сьогодні.

Виклики для виробників сталі зі скрапу. Враховуючи тенденції зміни народонаселення, а також припущення щодо кількості сталі у споживанні, постачання скрапу у майбутньому в Китаї, Західній Європі та СНД може перевищити потребу у кінцевих продуктах чорної металургії після 2050 року. Теоретично, це дозволить цим регіонам запровадити замкнений цикл та припинити виробництво первородної сталі. Втім, виробництво якісної сталі зі скрапу може бути проблематичним, оскільки елементи домішок (насамперед – мідь та цинк) можуть накопичуватися у рециркульованому металі, що погіршує якість сталі і, зокрема, має наслідком виникнення дефектів поверхні при прокатці. Найбільші проблеми з цього приводу можуть виникнути при виробництві автомобільного листа. Для запобігання цього має бути суттєво реорганізовано систему збирання та сортування скрапу. Вирішенням проблеми може бути також додавання певної кількості первородного металу при плавці в електродугових печах, або експорт сталі до регіонів, що розвиваються, зі значною потребою у конструкційних марках сталі, для яких вміст міді до 0,4% є припустимим. Реалізація сценарію з виплавкою більшої частини сталі зі скрапу потребуватиме не лише реорганізації системи управління відходами, але й оптимізації потоків матеріалів з урахуванням регіональних потреб у тих чи інших марках сталі.

Виклики та можливі екологічні наслідки, пов‘язані з майбутнім розташуванням виробників первородної сталі. Передчасне зупинення існуючих підприємств може підірвати економічну міць металургійних компаній та мати наслідком зростання безробіття. Як промисловість, так і уряди є природно зацікавленими у збільшенні інвестицій та підвищенні енергоефективності задля підтримування конкурентоздатності та відповідності підприємств екологічним стандартам. Наприклад, кампанія доменної печі перевищує 20 років, і протягом цього періоду існує можливість періодичного переобладнання відповідно до нових технологічних стандартів. На відміну від цього, перенесення потужностей в інші регіони створює потенційну можливість для більш радикальних технологічних та конструктивних змін, у тому числі запровадження нових альтернативних технологій виробництва чавуну.
Сценарій сталого майбутнього, заснований на припущенні про підвищення ефективності матеріалів зі сталі.

Як видно зі сценаріїв ІЕА, зростання попиту на сталь, а відповідно - й її виробництва, переважує здобутки від зростання ефективності, тому без широкого впровадження CCS досягнення цілей сталого екологічного розвитку видається неможливим. Оскільки CCS сьогодні взагалі не використовується ніде у світі, а його впровадження вимагатиме подолання численних бар‘єрів не лише технологічного, але й соціального та економічного характеру, було б надто легковажним покладатися лише на цей шлях для досягнення завдань сталого розвитку.

В роботі11 показано, що навіть якщо динаміка зростання попиту на сталь відповідатиме прогнозу, цей попит може бути задоволений при меншому виробництві рідкої сталі шляхом підвищення ефективності сталевих матеріалів. В роботі12 детально проаналізовано проблеми запровадження більш ефективного використання матеріалів та запропоновано чотири наступні групи стратегічних заходів, що можуть забезпечити скорочення потреби у матеріалах:

    • виготовлення продукції з характеристиками, що забезпечують можливість її використання протягом довшого терміну;

    • повторне використання компонентів; наприклад, окремі будівельні конструкції можуть використовуватися повторно без переплавки;

    • розробка продуктів з використанням меншої кількості матеріалів; наприклад, запровадження двотаврових балок інноваційного типу з оптимізованим перемінним перетином може забезпечити скорочення маси конструкції на 30%.

Хоча результати дослідження можуть здаватися вельми очевидними, для запровадження цих стратегій існує велика кількість перешкод технологічного, соціального, законодавчого характеру тощо.

В роботі 12 виконано моделювання кількох сценаріїв майбутнього розвитку чорної металургії з урахуванням підвищення як енергетичної, так і матеріальної ефективності, а також проаналізовано різні сценарії, що комбінують у різній мірі енергетичну та матеріальну ефективність.

У якості технологій, що мають забезпечити зменшення викидів СО2, розглядаються наступні (детальний опис цих технології надано у Розділі  5).

  1. Рециркуляція колошникового газу та використання альтернативних палив і пластику. Має забезпечити зменшення витрати коксу на 50%.

  2. Технології рідкофазного відновлення. Витрати енергії та викиди СО2 безпосередньо при рідкофазному відновленні є вищими, ніж при доменній плавці, і складають близько 1,6 т CO2/т чавуну. Але, враховуючи усунення агломераційного та коксохімічного виробництв, приймається, що загальні викиди СО2 є на 80% нижчими, у порівнянні з традиційною схемою з використанням доменної печі.

  3. Передова технологія отримання металізованого продукту (1,0 т CO2/т DRI). Основною перевагою є те, що відновлення залізної руди у твердому стані дозволяє відмовитися від виробництва коксу. Впровадження металізації з наступним виробництвом сталі у електродугових печах дозволить скоротити викиди СО2 приблизно вдвічі у випадку використання природного газу. Втім наявність дешевого газу, «низьковуглецевої» електроенергії та якісної руди може обмежити запровадження такого шляху виробництва сталію

  4. Отримання заліза шляхом електролізу. Використання електролізу може усунути коксохімічне, агломераційне та доменне виробництва, а у разі використання «низьковуглецевої» електроенергії (наприклад з атомних електростанцій) може скоротити викиди до 0,24 т CO2/т металу. Втім, як показано у Розділі 5, ця технологія є ще на дуже ранньому етапі розробки.

  5. Уловлювання та зв‘язування викидів СО2 при виробництві електроенергії за рахунок впровадження CCS, атомної енергетики та відновлювальних джерел. Досліджено сценарії з «декарбонізацією» в межах від 25 до 75% до 2050 року.

Зазначені п‘ять технологічних підходів мають суттєві обмеження щодо інвестиційних можливостей, тому досліджено сім сценаріїв (див. табл. 6.3), що передбачають різні рівні впровадження цих технологій:

  • сценарій business-as-usual (BAU), який припускає, що рівень рециклінгу сталевих матеріалів буде збільшено до 90% зі зростанням витрати скрапу при виробництві сталі в конверторах з 10% до 20% до 2050 року, а всі кращі наявні технології (BAT) буде впроваджено у 2020 році;

  • три енергоефективних сценарії, в яких - на додачу до покращень за сценарієм BAU - припускається низький, високий та середній рівні впровадження інноваційних технологій та «декарбонізації» електроенергії;

  • три сценарії матеріальної та енергетичної ефективності, в яких на додачу до середнього рівня енергоефективності запроваджено заходи з максимальної матеріальної ефективності з трьома рівнями динаміки впровадження – повільним, помірним та швидким.

В табл. 6.3 наведено прийняті при моделюванні величини питомих викидів диоксиду вуглецю на різних ланках виробництва сталі (в цитованій роботі усереднено дані з 15 літературних джерел).
Таблиця 6.3

Сім сценаріїв розвитку чорної металургії




BAU

Рівень енергоефективності, %

Темпи впровадження максимальної матеріальної ефективності




Низька

Середня

Висока

Швидко

Помірно

Повільно

Сценарії

1

2

3

4

5

6

7

Рік, коли досягнуто максимальну матеріальну ефективність →

2050

2100

2150

Рециркуляція колошникового газу до 2050 року

0

80

90

100

90

Частка DRI до 2100 року

5

10

20

30

20

Частка рідкофазного відновлення до 2100 року

0

30

40

50

40

Частка електролізу до 2010 року

0

10

20

30

20

Рівень «декарбонізації» електроенергії до 2050 року

0

25

50

75

50

Примітки до таблиці 6.3

  • Більш детально про визначення максимальної матеріальної ефективності див. в цитованій роботі

  • Рециркуляцію колошникового газу для заміни частини палива визначено відносно до загального виробництва чавуну у доменних печах

  • Частку DRI визначено відносно до загального виробництва сталі

  • Частки рідкофазного відновлення та електролізу визначено відносно до загальної маси матеріалів, що надходять до кисневого конвертера

Таблиця 6.3

Питомі викиди диоксиду вуглецю на різних стадіях виробництва сталі

Технологічний процес

т СО2/т продукту

Агломерація

0,22

Коксування

0,43

Виробництво чавуну у доменних печах

1,48

Виробництво DRI

1,28

Виробництво сталі в кисневих конверторах з доменного чавуну

0,12

Виробництво сталі в електродугових печах з DRI

0,36

Виробництво сталі в електродугових печах зі 100% скрапу

0,33

Безперервна розливка

0,007


Результати моделювання викидів СО2 за сімома сценаріями, зазначеними в табл.6.3, наведено на рис.6.5. За сценарієм 1 (BAU) викиди сягають максимуму у 2025 році на рівні, що є майже на 25% вищим за викиди 2008 року. Після цього, незважаючи на зростаючий попит на сталь, загальні світові викиди скорочуються нижче 3 Гт CO2/рік, що пов‘язане зі зростанням частки виробництва сталі в електродугових печах, де питомі викиди СО2 є значно меншими. Після 2045 року викиди знову зростатимуть, оскільки попит на сталь збільшиться настільки, що це знівелює позитивний ефект від скорочення питомих викидів. Впровадження енергоефективних сценаріїв (2-4) дозволяє скоротити викиди на 20% у порівнянні зі сценарієм business-as-usual, однак, навіть за умов найбільш активного впровадження енергоефективних технологій (сценарій 4), викиди перевищуватимуть встановлену на 2050 рік ціль більш ніж на 120%. На відміну від цього, навіть посередній за своєю амбітністю сценарій 6, що поєднує енергетичну та матеріальну ефективність, майже точно відповідає встановленій цілі. За найбільш агресивним сценарієм 5 (помірна енергетична ефективність та максимально швидке впровадження матеріальної ефективності) спостерігається мінімум викидів близько 2037 року, але після 2040 року викиди знову зростають, оскільки швидке впровадження легких сталевих конструкцій та марок сталі з довшим терміном життя негативно позначиться на наявності скрапу. Втім, за цим сценарієм до 2050 року викиди залишатимуться в цільових межах.

ris 6_5.jpg

Рис.6.5. Результати моделювання викидів СО2 при виробництві сталі за різними сценаріями (нумерація – в табл.6.3)

На рис. 6.6 наведено розподілення викидів за різними технологічними ланками виробництва сталі для сценаріїв BAU (1) посередня енергоефективність (3) та посередня енерго- та матеріальна ефективність (6). З сценарієм 1 розподілення викидів майже не змінюється у часі, а внесок доменного виробництва залишається найбільшим. За двома іншими сценаріями частка доменного виробництва суттєво зменшується. За енергоефективним сценарієм зростатиме частка викидів від альтернативних технологій виробництва чавуну, в той час як за сценарієм матеріальної та енергетичної ефективності скорочення виплавки сталі супроводжується зменшенням викидів на усіх технологічних ланках.

Звичайно, кожен із запропонованих сценаріїв передбачає різні обсяги виробництва. На рис. 6.7 наведено зміну у часі обсягів виробництва сталі у кисневих конверторах і в електродугових печах за сценарієм 6 (пунктирна лінія) та за сценарієм BAU. Обидва сценарії прогнозують збільшення виробництва сталі в електродугових печах, втім за сценарієм матеріальної та енергетичної ефективності зростання - менш виражене з огляду на менший ресурс наявного скрапу. Більш помітною є різниця між прогнозом виробництва сталі в конверторах: за сценарієм BAU виробництво сягне максимуму близько 2025 року з подальшим зменшенням, що триватиме до 2045 року, після чого спостерігатиметься зростання. За сценарієм матеріальної та енергетичної ефективності конверторне виробництво сталі сягає максимуму у 2018 році після чого воно стійко зменшуватиметься, сягнувши близько 35% від сьогоднішнього рівня. З цього аналізу видно, що без впровадження додаткових обмежень щодо обсягів викидів загальне виробництво чавуну в доменних печах зросте приблизно на 50% до 2025 року. Втім, автори цитованої роботи вважають, що забезпечення двократного зменшення викидів до 2050 року вимагає того, щоб остання доменна піч у світі була збудована не пізніше ніж протягом наступних десяти років (дослідження виконане у 2013 році).

Незалежно від того, чи погоджуємося ми з розглянутими вище сценаріями, результати аналізу є дуже цікавими. Найголовнішими висновками, на наш погляд, є наступні.

По-перше, існує нагальна необхідність координації зусиль світового співтовариства щодо запобігання зміні клімату – у тому числі шляхом впровадження механізмів, які б гарантували економічну безпеку країнам, що розвиваються, при збереженні у розвинутих країнах металургійних потужностей щонайменше на період їхньої повної амортизації.

ris 6_6.jpg

Рис.6.6. Розподілення викидів за різними технологічними ланками виробництва сталі для різних сценаріїв (номери відповідають табл. 6.2)

ris 6_7.jpg

Рис.6.7. Глобальне виробництво сталі в кисневих конвертерах (КК) та в електродугових печах (ЕДП) за сценаріями 1 і 5

По-друге, темпи комерціалізації технологій, що можуть забезпечити радикальне скорочення витрати енергії та викидів СО2 мають бути суттєво прискорені.

По-третє, навіть успішне впровадження інноваційних технологій не дозволить досягти встановлених екологічних цілей без суттєвого підвищення матеріальної ефективності споживання та використання сталі.

Список літератури до Розділу 6

a гіпотетична грошова одиниця, має ту саму купівельну спроможність, що її 1990 році мав дол США

b Сукупний кінцевий попит (англ. термін - aggregated final demand) є макроекономічним показником, що належить до теорії моделювання міжгалузевого балансу, та не є дуже поширеним у вітчизняній літературі. У дуже спрощеному розумінні, для випадку виробництва сталі, величина сукупного кінцевого попиту дорівнює загальному виробництву "чорнової сталі" за мінусом кількості сталі, що споживається для внутрішніх потреб гірничо-металургійного комплексу. За деякими дослідженнями, виробництво сталі перевищує сукупний кінцевий попит приблизно на 20%.

1 www.iea.org

2 www.worldenergyoutlook.org

3 www.iea.org/etp

4 IPCC, 2007: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M.Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge Univ. Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA

5 Energy Technology Perspectives 2010: Scenarios & Strategies to 2050: IEA, 2010, p.49

6 Energy Technology Perspectives 2014: Harnessing Electricity’s Potential: IEA, 2014, 382 р.

7 Sustainable steel: Policy and indicators 2014. WorldSteel Association, 2014, 16 р.

8 http://www.worldsteel.org/media-centre/Steel-news/Steel-confirmed-as-most-recycled-packaging-material-in-two-regions-of-the-world.html

9 Muller D. B., Wang T., Duval B. Patterns of iron use in societal evolution// Environ. Sci. Technol. - 2011. - 45 (1) - P. 182−188

10 The steel scrap age\ Pauliuk S., Milford R.L., Müller D.B., Allwood J.M.// Environ Sci Technol. - 2013 - 47(7) - P.3448-3454

11 Allwood, J. M.; Cullen, J. M.; Milford, R. L. Options for achieving a 50% cut in industrial carbon emissions by 2050// Environ. Sci. Technol. - 2010 - 44 (6) - P.1888−1894

12 Allwood, J. M.; Ashby, M. F.; Gutowski, T. G.; Worrell, E. Material efficiency: A white paper// Resources, Conservation and Recycling. - 2011 (55) - P.362−381




Схожі:

6. Сценарії розвитку металургії Сценарії пом‘якшення зміни клімату iconЗвіт щодо проведення моніторингового дослідження організації педагогічного супроводу формування, збереження і зміцнення здоров’я дітей
Здоров’я розглядається як показник цивілізованості, який відображає рівень соціально-економічного розвитку суспільства. Його зміни...
6. Сценарії розвитку металургії Сценарії пом‘якшення зміни клімату iconНаціональна стратегія сталого розвитку
Мета дисципліни: формування системи теоретичних знань та практичних навиків необхідних при складанні та реалізації стратегії сталого...
6. Сценарії розвитку металургії Сценарії пом‘якшення зміни клімату iconЗвіт щодо проведення моніторингового дослідження сформованості навчально-пізнавальної компетенції учнів 9 класів
У національній доктрині розвитку освіти у ХХІ столітті зазначається, що стратегічним напрямом реформування освіти є забезпечення...
6. Сценарії розвитку металургії Сценарії пом‘якшення зміни клімату iconМіжнародне співробітництво
Однією з ключових умов сталого розвитку України є зміцнення її міжнародних позицій. І саме університети – є одними з найпотужніших...
6. Сценарії розвитку металургії Сценарії пом‘якшення зміни клімату icon1. Порядок розподілу путівок. Путівки в навчально-оздоровчі табори університету надаються всім бажаючим працівникам університету
Путівки для дітей працівників університету на дитячі зміни надаються дітям шкільного віку, які не мають протипоказань щодо відпочинку...
6. Сценарії розвитку металургії Сценарії пом‘якшення зміни клімату iconВідгук офіційного опонента на дисертаційну роботу Федоренко Ольги Володимирівни «Формування цільового потенціалу підприємств машинобудівної промисловості»
Формування цільового потенціалу підприємств машинобудування обумовлено відсутністю ефективних стратегій розвитку машинобудівних підприємств,...
6. Сценарії розвитку металургії Сценарії пом‘якшення зміни клімату iconПротокол №42 від 04. 09. 2008 р. Внесено зміни та доповнення президією профспілкової організації кнеу імені Вадима Гетьмана
Вадима Гетьмана» є добровільним об'єднанням членів профспілки за місцем роботи, які працюють в університеті. Ппо двнз «Київський...
6. Сценарії розвитку металургії Сценарії пом‘якшення зміни клімату iconІнформації щодо ринкової або іншої вартості його балансового майна. Відповідна інформація є результатом проведення фінансової оцінки бізнесу або окремого майна
Оскільки нині ринкові умови розвитку вітчизняного бізнесу ще суттєво відрізняються від умов розвитку бізнесу у країнах із розвиненими...
6. Сценарії розвитку металургії Сценарії пом‘якшення зміни клімату iconВпроваджуємо Базову програму «Я у Світі» Алгоритм апробації Базової програми розвитку дитини дошкільного віку «Я у Світі»
Алгоритм апробації Базової програми розвитку дитини дошкільного віку «Я у Світі», методичні проекти впровадження у масову педагогічну...
6. Сценарії розвитку металургії Сценарії пом‘якшення зміни клімату iconМіністерство освіти І науки україни львівський національний університет імені івана франка філософський факультет кафедра філософії європеєць як творець цивілізації розвитку І прогресу
Карась Анатолій (гол редактор І упорядник). Європеєць як творець цивілізації розвитку І прогресу / Матеріали міжнародної наукової...
6. Сценарії розвитку металургії Сценарії пом‘якшення зміни клімату iconПоложення про рецензування статей у збірнику наукових праць «Проблеми І перспективи розвитку банківської системи України»
Дане положення регламентує порядок рецензування та проходження статей, що надходять до редакції збірника наукових праць «Проблеми...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©meta.coolreferat.com.ua 2000-2015
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи