Náklady na výměnu uhlíku
Hodnocení udržitelnosti průmyslových zařízení se často zaměřuje na provozní energetickou účinnost. To zachycuje uhlík emitovaný během používání, ale chybí uhlík emitovaný na výrobu, přepravu a likvidaci samotného zařízení. U často vyměňovaných zařízení může ztělesněný uhlík z výroby převýšit provozní úspory uhlíku díky postupnému zvyšování účinnosti.
Tepelný výměník z nerezové oceli v korozivním chemickém provozu vydrží 2-4 roky. Během 15leté životnosti závodu se vyrobí, odešle, nainstaluje a zlikviduje 4–7 náhradních jednotek. Každá jednotka nese vtělený uhlík z výroby oceli, výroby a dopravy.
Tepelný výměník z PTFE ve stejné službě vydrží 15+ let. Jedna jednotka je vyrobena, expedována a instalována. Jedna jednotka je nakonec zlikvidována. Obsah uhlíku v jedné jednotce PTFE může být vyšší než u jedné jednotky oceli-výroba fluoropolymeru je energeticky-náročná-, ale porovnává se s kumulativním uhlíkem zabudovaným ve 4–7 ocelových jednotkách plus jejich náhradní logistika.
Ztělesněné zdroje uhlíku
Výroba z nerezové oceli emituje přibližně 2,0-3,0 kg CO₂ na kg oceli, v závislosti na recyklovaném obsahu a způsobu výroby. 50 kg ponorná cívka nese 100-150 kg CO₂ v materiálu. Výroba - řezání, ohýbání, svařování - přidává 20-40% k stopě materiálu. Přeprava od výrobce na místo přidává emise úměrné hmotnosti a vzdálenosti.
Výroba PTFE emituje přibližně 8-12 kg CO₂ na kg fluoropolymeru. To je 3-5krát více než u nerezové oceli na kilogram. Tepelný výměník z PTFE pro stejný výkon však obvykle váží méně-možná 20 kg u ponorné spirály oproti 50 kg u ekvivalentu oceli-, protože trubky jsou tenkostěnné a nosná konstrukce je lehčí. Celkový obsah uhlíku v jedné jednotce PTFE je o 160–240 kg CO₂ vyšší než u jediné ocelové jednotky, ale ve stejném řádu.
Uhlíková výhoda PTFE nevyplývá z účinnosti na jednotku{0}, ale z eliminace několika náhradních jednotek.
Tabulka 1: 15-porovnání uhlíkové stopy životního cyklu za 15 let (zátěž 50 kW, korozivní provoz)
| Zdroj uhlíku | Nerezová ocel (životnost 2,5 roku) | PTFE (životnost 15 let) |
|---|---|---|
| Jednotky vyrobené více než 15 let | 6 | 1 |
| Začleněný uhlík na jednotku (kg CO₂) | 140-200 | 180-260 |
| Celkový výrobní uhlík (kg CO₂) | 840-1,200 | 180-260 |
| Doprava na výměnu (kg CO₂) | 15-25 | 20-30 (jednorázově) |
| Celkový uhlík z dopravy (kg CO₂) | 90-150 | 20-30 |
| Energie pro instalaci/vyřazení z provozu na událost | Menší (dominantní manuální práce) | Vedlejší (jedno-) |
| Likvidace na jednotku (kg CO₂) | 30-50 (zpracování nebezpečného odpadu) | 10-15 (nebezpečná skládka) |
| Celková likvidace uhlíku (kg CO₂) | 180-300 | 10-15 |
| Celková uhlíková stopa za 15 let (kg CO₂) | 1,110-1,650 | 210-305 |
| Poměr uhlíkové stopy (ocel : PTFE) | 4-6 : 1 |
Začleněné odhady uhlíku založené na publikovaných inventárních-cyklech životnosti nerezové oceli a PTFE. Přeprava předpokládá 1000 km kamionem. Likvidace předpokládá nakládání s nebezpečným odpadem na kov,-nebezpečnou skládku pro PTFE.
Provozní aspekty uhlíku
Provozní uhlík z výroby páry závisí na účinnosti výměníku tepla. Jak bylo diskutováno v souvisejících analýzách, kovové cívky ztrácejí v průběhu času účinnost v důsledku tvorby kotelního kamene a koroze, což vyžaduje více páry pro stejný tepelný výkon. Další spotřeba paliva během degradující životnosti cívky přidává provozní uhlík.
PTFE spirálky si udržují stabilní účinnost a spotřebovávají konzistentní páru po celou dobu své životnosti. Provozní uhlíkový rozdíl upřednostňuje PTFE, i když jeho velikost je menší než ztělesněný uhlíkový rozdíl oproti eliminovaným náhradám.
Dominuje vyhýbaná náhrada uhlíku
Dominantním uhlíkovým přínosem PTFE v tomto srovnání je eliminace 5 náhradních jednotek as nimi spojených emisí z výroby, dopravy a likvidace. To je konstrukční výhoda zařízení s dlouhou-životností, které se žádné postupné zlepšení efektivity výroby oceli nemůže rovnat.
Analýza zpochybňuje předpoklad, že kovové zařízení je z hlediska životního prostředí výhodnější, protože kovy jsou recyklovatelné. Ocel je sice recyklovatelná, ale samotný proces recyklace je energeticky-intenzivní a korozní kontaminace hadů pro chemické služby často znemožňuje recyklaci a místo toho nutí k likvidaci nebezpečného odpadu.
Shrnutí
Analýza uhlíkové stopy životního-cyklu za období 15-let ukazuje, že jeden výměník tepla z PTFE s dlouhou životností produkuje o 75–85 % méně uhlíku než několik náhradních ocelových jednotek v korozivním chemickém provozu. Ztělesněná uhlíková výhoda pochází z eliminace emisí z výroby, dopravy a likvidace 5 náhradních jednotek.
Důvod udržitelnosti pro PTFE v agresivním chemickém prostředí je založen na životnosti snižující průchodnost materiálu. Vyšší uhlíková náročnost na-kilogram výroby fluoropolymerů je více než kompenzována eliminací opakovaných výrobních cyklů, které vyžadují alternativy kovů s kratší{2}}životností.
Technická analýza pro porovnání uhlíku během životního{0}}cyklu v konkrétních aplikacích je k dispozici po předložení aktuální frekvence výměny zařízení, materiálových specifikací, přepravních vzdáleností a uhlíkové intenzity zdroje energie.
