Koszt zastąpienia węgla
Oceny zrównoważonego rozwoju urządzeń przemysłowych często koncentrują się na operacyjnej efektywności energetycznej. Wychwytuje on węgiel emitowany podczas użytkowania, ale pomija węgiel emitowany podczas produkcji, transportu i utylizacji samego sprzętu. W przypadku często wymienianego sprzętu emisja dwutlenku węgla pochodząca z produkcji może przewyższać operacyjne oszczędności emisji wynikające z przyrostowego wzrostu wydajności.
Wymiennik ciepła ze stali nierdzewnej w środowisku żrącym chemicznie wytrzymuje 2-4 lata. W ciągu 15 lat istnienia zakładu wytwarza się, wysyła, instaluje i utylizuje 4–7 jednostek zamiennych. Każda jednostka przenosi węgiel powstający podczas produkcji, wytwarzania i transportu stali.
Wymiennik ciepła PTFE w tym samym serwisie wytrzyma 15+ lat. Wyprodukowano, wysłano i zainstalowano jedno urządzenie. Ostatecznie jedna jednostka zostaje usunięta. Zawartość węgla zawartego w pojedynczej jednostce PTFE może być wyższa niż w przypadku pojedynczej jednostki stalowej.-Produkcja fluoropolimerów jest energochłonna--, ale porównuje się ją ze skumulowaną zawartością węgla zawartego w 4-7 jednostkach stalowych plus logistyka ich wymiany.
Ucieleśnione źródła węgla
Produkcja stali nierdzewnej powoduje emisję około 2,0-3,0 kg CO₂ na kg stali, w zależności od zawartości materiałów pochodzących z recyklingu i metody produkcji. Cewka zanurzeniowa o masie 50 kg przenosi 100-150 kg CO₂ w materiale. Produkcja – cięcie, gięcie, spawanie – zwiększa ślad materiałowy o 20–40%. Transport od producenta do zakładu powoduje zwiększenie emisji proporcjonalnie do masy i odległości.
Produkcja PTFE powoduje emisję około 8-12 kg CO₂ na kg fluoropolimeru. To 3-5 razy więcej niż w przypadku stali nierdzewnej na kilogram. Jednak wymiennik ciepła z PTFE do tego samego obciążenia zazwyczaj waży mniej-może 20 kg w przypadku cewki zanurzeniowej w porównaniu z 50 kg w przypadku wymiennika stalowego-ponieważ rura jest cienkościenna, a konstrukcja wsporcza jest lżejsza. Całkowita zawartość węgla zawartego w pojedynczej jednostce PTFE jest o 160–240 kg CO₂ wyższa niż w przypadku pojedynczej jednostki stalowej, ale o ten sam rząd wielkości.
Przewaga węglowa PTFE wynika nie z wydajności-jednostkowej, ale z eliminacji wielu jednostek zamiennych.
Tabela 1: Porównanie śladu węglowego w ciągu 15-lat w cyklu życia (praca 50 kW, działanie korozyjne)
| Źródło węgla | Stal nierdzewna (żywotność 2,5 roku) | PTFE (trwałość 15 lat) |
|---|---|---|
| Urządzenia produkowane przez ponad 15 lat | 6 | 1 |
| Węgiel zawarty na jednostkę (kg CO₂) | 140-200 | 180-260 |
| Całkowity węgiel produkcyjny (kg CO₂) | 840-1,200 | 180-260 |
| Transport na wymianę (kg CO₂) | 15-25 | 20-30 (jednorazowo) |
| Całkowity węgiel transportowany (kg CO₂) | 90-150 | 20-30 |
| Energia instalacyjna/likwidacyjna na zdarzenie | Niewielki (dominuje praca fizyczna) | Drobne (jedno-raz) |
| Utylizacja na jednostkę (kg CO₂) | 30-50 (przetwarzanie odpadów niebezpiecznych) | 10-15 (składowisko inne niż niebezpieczne) |
| Całkowity węgiel do utylizacji (kg CO₂) | 180-300 | 10-15 |
| Całkowity ślad węglowy w ciągu 15 lat (kg CO₂) | 1,110-1,650 | 210-305 |
| Współczynnik śladu węglowego (stal: PTFE) | 4-6 : 1 |
Szacunki dotyczące emisji dwutlenku węgla na podstawie opublikowanych-danych inwentaryzacyjnych cyklu życia dla produkcji stali nierdzewnej i PTFE. Transport zakłada 1000 km ciężarówką. Utylizacja zakłada utylizację odpadów niebezpiecznych w postaci metalu,-nieniebezpiecznego składowania PTFE.
Operacyjne rozważania dotyczące węgla
Węgiel operacyjny z wytwarzania pary zależy od wydajności wymiennika ciepła. Jak omówiono w powiązanych analizach, wężownice metalowe tracą z czasem wydajność z powodu kamienia i korozji, co wymaga większej ilości pary przy tym samym obciążeniu cieplnym. Dodatkowe zużycie paliwa w okresie pogarszającej się żywotności cewki powoduje zwiększenie emisji dwutlenku węgla podczas eksploatacji.
Cewki PTFE utrzymują stabilną wydajność, zużywając stałą parę przez cały okres użytkowania. Operacyjna różnica w zakresie emisji dwutlenku węgla faworyzuje PTFE, chociaż wielkość jest mniejsza niż różnica w zawartości węgla w przypadku unikniętych zamienników.
Dominuje unikany węgiel zastępczy
Dominującą korzyścią węglową PTFE w tym porównaniu jest eliminacja 5 jednostek zamiennych i związanych z nimi emisji związanych z produkcją, transportem i utylizacją. Jest to konstrukcyjna zaleta sprzętu o długiej{{2}żywotności, której nie może dorównać żadna stopniowa poprawa wydajności produkcji stali.
Analiza podważa założenie, że sprzęt metalowy jest preferowany z punktu widzenia ochrony środowiska, ponieważ metale nadają się do recyklingu. Chociaż stal nadaje się do recyklingu, sam proces recyklingu jest-energochłonny, a zanieczyszczenie korozją wężownic do zastosowań chemicznych często uniemożliwia recykling, wymuszając zamiast tego utylizację odpadów niebezpiecznych.
Streszczenie
Analiza śladu węglowego-cyklu życia na przestrzeni 15-lat pokazuje, że pojedynczy wymiennik ciepła z PTFE o długiej żywotności wytwarza o 75–85% mniej węgla niż wiele zamiennych jednostek stalowych stosowanych w chemikaliach powodujących korozję. Ucieleśniona przewaga węglowa wynika z wyeliminowania emisji związanych z produkcją, transportem i utylizacją 5 jednostek zastępczych.
Argumenty dotyczące zrównoważonego rozwoju PTFE w agresywnych środowiskach chemicznych opierają się na przepustowości materiału zmniejszającej trwałość. Większa intensywność emisji dwutlenku węgla na-kilogram produkcji fluoropolimerów jest więcej niż kompensowana przez eliminację powtarzających się cykli produkcyjnych wymaganych w przypadku alternatywnych metali o krótszej-żywotności.
Analiza inżynierska dotycząca porównania emisji dwutlenku węgla w-cyklu życia w konkretnych zastosowaniach jest dostępna po przedstawieniu aktualnej częstotliwości wymiany sprzętu, specyfikacji materiałów, odległości transportu i intensywności emisji dwutlenku węgla przez źródło energii.
