DOE muss sein industrielles Demonstrationsprogramm strategisch nutzen

Das US-Energieministerium sollte die Ausgaben des Programms auf mutige Projekte konzentrieren.

Ein Zementwerk in Tehachapi Pass, Kalifornien

Ashley Cooper/Getty Images

Die Schwerindustrie stellt ein Klimaparadoxon dar. Industriematerialien wie Zement, Stahl und Aluminium sind die Grundlage unserer Wirtschaft und bilden die Bausteine ​​unserer sauberen Energiezukunft. Gleichzeitig ist die Schwerindustrie eine bedeutende Quelle von Treibhausgasemissionen (THG) in den USA und weltweit, und ohne Maßnahmen wird der Industriesektor bald zur Hauptquelle inländischer Treibhausgasemissionen werden.

Glücklicherweise sahen der Inflation Reduction Act (IRA) und das Bipartisan Infrastructure Law (BIL) bahnbrechende neue Investitionen für die industrielle Dekarbonisierung vor. Da die Antragsfristen für einige dieser Finanzierungsströme näher rücken, ist es an der Zeit, sich auf die Pläne und Strategien für den Einsatz dieser Mittel, die Förderung von Innovationen und die Definition unseres Weges zur industriellen Dekarbonisierung zu konzentrieren.

Um die Klimaziele zu erreichen, müssen wir neue Mittel von IRA und BIL strategisch nutzen, um gleichzeitig zwei separate industrielle Dekarbonisierungsstrategien zu verfolgen. Erstens müssen wir schnell kommerziell verfügbare erneuerbare Energien, Energieeffizienz und Dekarbonisierungstechnologien in Anlagen jeder Größe einsetzen. Zweitens müssen wir den frühzeitigen Einsatz fortschrittlicher, vorkommerzieller Technologien unterstützen, die das Potenzial haben, die Emissionen der industriellen Fertigung erheblich zu reduzieren oder sogar ganz zu eliminieren.

Unter den IRA- und BIL-Fördermitteln ist das 6,3 Milliarden US-Dollar teure Industrial Demonstrations Program des Office of Clean Energy Demonstration (OCED) des US-Energieministeriums (DOE) besonders geeignet, den Einsatz fortgeschrittener, vorkommerzieller Technologien in der Frühphase zu unterstützen. Um sicherzustellen, dass OCED seine begrenzten Mittel optimal nutzt, sollte es sich auf Projekte mit großer Wirkung in kritischen Sektoren wie Stahl, Zement und Aluminium konzentrieren, für deren umfassende Dekarbonisierung fortschrittliche Technologien erforderlich sind.

Bei der industriellen Dekarbonisierung gibt es noch viel Nachholbedarf und viele Ziele müssen erreicht werden, von Forschung und Entwicklung über Energieeffizienz bis hin zu einer verbesserten Möglichkeit für Industrieanwender, Zugang zu erschwinglicher sauberer Energie zu erhalten. Das Energieministerium sollte diesen Geldtopf und seine Antragsteller im Hinblick auf die Erreichung ehrgeiziger Ziele betrachten, die mit privater Finanzierung und Business-as-usual-Strategien möglicherweise nicht erreicht werden können. Und angesichts der langen Zeiträume für den Bau oder die Sanierung von Industriestandorten ist es von entscheidender Bedeutung, dass politische Entscheidungsträger jetzt politische Maßnahmen vorantreiben, um Investitionen und Pläne anzukurbeln.

In diesem Blog werden einige der neuen Technologien untersucht, die den Zement-, Stahl- und Aluminiumsektor verändern können und die im Mittelpunkt der Finanzierung im Rahmen des Programms für industrielle Demonstrationen stehen sollten.

Zement ist der Hauptbestandteil von Beton, dem am häufigsten vom Menschen erzeugten Material auf der Erde. Die Produktion von Zement trägt erheblich zum Klimawandel bei; Wäre Zement ein Land, wäre es nach China, den USA und Indien der viertgrößte CO2-Emittent der Welt.

Rund 60 Prozent der Emissionen bei der Zementherstellung entstehen durch den chemischen Prozess der Kalzinierung, bei dem Kalkstein in einem Ofen auf 1.400 °C erhitzt wird. Bei diesem Prozess wird CO2 aus dem Gestein freigesetzt und es entsteht Klinker, ein steiniger Rückstand, der gemahlen und mit anderen Zutaten zu Zement verarbeitet wird. Die restlichen 40 Prozent der Emissionen entstehen durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Beheizung des Ofens. Es gibt kurzfristige Lösungen für das Klimaproblem von Zement, etwa die Verbesserung der Energieeffizienz von Anlagen und den teilweisen Ersatz von herkömmlichem Zement durch kohlenstoffarme Alternativen. Doch selbst in Kombination können diese Lösungen die Emissionen aus der Zementproduktion nicht beseitigen. Mindestens 30 Prozent der Zementemissionen (oftmals mehr) bleiben davon unberührt und werden weiterhin in die Atmosphäre emittiert.

Neue Technologien haben das Potenzial, den Zementsektor grundlegend zu verändern und zu kohlenstofffreiem (oder sogar negativ emittierendem) Zement zu führen. Insbesondere sollte OCED die folgenden Technologien in Betracht ziehen, die das Potenzial haben, nahezu kohlenstofffreien Zement herzustellen:

Stahl ist gemessen an der Masse das weltweit am häufigsten verwendete Metall, und die Nachfrage nach Stahl wird Prognosen zufolge von etwa 1.880 Millionen Tonnen im Jahr 2020 auf bis zu 2.500 Millionen Tonnen im Jahr 2050 steigen. Beim aktuellen Produktionsniveau macht Stahl etwa 7 bis 8 Tonnen aus Prozent der weltweiten CO2-Emissionen.

Für das Stahlrecycling gibt es relativ emissionsarme Prozesse, und Möglichkeiten zur Steigerung des Recyclings und zur wirksamen Dekarbonisierung des für Recyclingprozesse verwendeten Stroms sollten verfolgt werden. Um den gesamten Stahlbedarf bis zum Jahr 2050 zu decken, wird jedoch die Produktion von „Primärstahl“ aus Roheisenerz notwendig sein. Die heute vorherrschende Produktionsmethode für Primärstahl erfordert die Verbrennung von Koks (einem aus Kohle gewonnenen Brennstoff) zur chemischen Reduktion von Eisenerzen bei Temperaturen von bis zu 100 °C bis 2.300°C. Die Dekarbonisierung des Sektors erfordert entweder den Ersatz von Koks oder eine anderweitige Reduzierung der Stahlemissionen, und beide Dekarbonisierungspfade erfordern den Einsatz relativ früher Technologien.

Die hohe Emissionsintensität von Stahl in Verbindung mit den aufkommenden Technologien, die zur Emissionsminderung erforderlich sind, machen die Primärstahlproduktion zu einem besonders überzeugenden Ziel für die Unterstützung im Rahmen des Industrial Demonstrations Program des OCED.

Insbesondere sollte das OCED drei Wege zur Dekarbonisierung der Primärstahlproduktion in Betracht ziehen:

Aluminium ist das am zweithäufigsten verwendete Metall der Welt. Derzeit ist es für 2 Prozent der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich, und die Nachfrage nach dem Material – das für die Produktion sauberer Technologien wie Elektrofahrzeuge, Netzinfrastruktur und Solar-PV-Anlagen von entscheidender Bedeutung ist – wächst erheblich. Während das Recycling von Aluminium ein notwendiger und emissionsarmer Weg zur Reduzierung der Emissionen des Sektors ist, wird „Primäraluminium“ (hergestellt aus Bauxit, das zu Aluminiumoxid raffiniert und dann zu Aluminium geschmolzen wird) erforderlich sein, um die Gesamtnachfrage bis zum Jahr 2050 zu decken.

Die Aluminiumproduktion ist ein stromintensiver Prozess und die meisten Emissionen des Sektors stehen im Zusammenhang mit der Stromerzeugung. Die Steigerung der mit erneuerbaren, CO2-freien Ressourcen erzeugten Strommenge ist ein wichtiger Weg zur Dekarbonisierung der Aluminiumherstellung und sollte im Rahmen seiner von der IRA und der BIL finanzierten Programme ein Schwerpunkt des DOE sein.

Zusätzlich zu diesen Emissionen im Energiesektor entstehen bei der Aluminiumproduktion erhebliche Prozessemissionen, die durch die Umstellung auf erneuerbare Energien nicht gemindert werden können. Diese Prozessemissionen entstehen durch den Abbau von kohlenstoffbasierten Anoden, die im Schmelzprozess verwendet werden. Der Abbau dieser Anoden ist auch ein wesentlicher Faktor für die lokale Luftverschmutzung. Das Industrial Demonstrations Program von OCED kann dazu beitragen, diese Prozessemissionen zu beseitigen, indem es den Einsatz inerter Anoden für die Primäraluminiumproduktion unterstützt.

Zusätzliche Maßnahmen werden unbedingt erforderlich sein, um die Emissionen des Industriesektors zu reduzieren, von Forschung und Entwicklung bis hin zur Energieeffizienz und einer verbesserten Möglichkeit für industrielle Nutzer, Zugang zu erschwinglicher sauberer Energie zu erhalten. Um diese Ziele zu erreichen, sollte das Energieministerium sicherstellen, dass es alle seine Werkzeuge optimal und optimal nutzt. Beispielsweise eignet sich die 48C Advanced Manufacturing Tax Credit, die eine Steuergutschrift von 30 Prozent für Industrieanlagen bietet, die die Emissionen um mindestens 20 Prozent reduzieren, möglicherweise besser für weit verbreitete, kleinere industrielle Dekarbonisierungstechnologien in einem breiten Spektrum von Branchen. Darüber hinaus verfügt das Loan Programs Office (LPO) über umfangreiche Kreditvergabebefugnisse und kann die industrielle Dekarbonisierung unterstützen. Daher ist LPO möglicherweise gut aufgestellt, um große, wirkungsvolle industrielle Dekarbonisierungsprojekte mit einem etwas höheren „Technologie-Bereitschaftsgrad“ zu unterstützen, als diejenigen, die OCED durch sein Programm für industrielle Demonstrationen unterstützen kann.

Während das OCED Anträge für das Industrial Demonstrations Program prüft, empfehlen wir dem Büro, diese anderen Finanzierungsinstrumente im Auge zu behalten; seinen einzigartigen Geldtopf nutzen, um den transformativen Einsatz vorkommerzieller Technologien zu unterstützen; und arbeiten im gesamten DOE und in der gesamten Regierung daran, Bewerber mit guten Projekten, die nicht für das Industrial Demonstrations Program geeignet sind, auf andere Möglichkeiten hinzuweisen.