Dekarbonizace chemického průmyslu

Chemický průmysl vyrábí základní materiály pro další odvětví – zejména plasty, hnojiva a pohonné hmoty.

Paliva, plasty, hnojiva i výbušniny

Chemický průmysl představuje významnou součást nejen českého průmyslu, nýbrž globálního. Jedná se o jedno z největších odvětví průmyslu obecně. Chemické látky jsou esenciální pro více jak 9 z 10 světově produkovaných výrobků a zboží, navíc do budoucna se počítá s dalším navýšením poptávky. Chemický průmysl je dnes jako energeticky náročný průmysl producent nemalého množství skleníkových plynů (v roce 2022 to bylo celosvětově 935 Mt CO2, což odpovídalo cca 2 % celosvětových emisí CO2)1, respektive průmyslových emisí. V EU se chemickému průmyslu daří emise snižovat. Mezi lety 1990 a 2019 došlo ke snížení emisí skleníkových plynů o 55 % a to hlavně díky významnému snížení emisí oxidu dusného (N2O)2. Cesta k uhlíkové neutralitě bude ale ještě dlouhá.

Chemický průmysl tvoří anorganické a organické chemikálie, průmyslová hnojiva, základní petrochemické produkty, plastické hmoty v primární formě a syntetické pryskyřice. Dále také syntetické kaučuky, barvy, barviva a pigmenty. Patří sem také agrochemikálie, kosmetika, čistící prostředky, chemická vlákna, gumárenství, produkty z plastů pro výrobní spotřebu a finální užití a mnoho dalších chemických výrobků (lepidla, výbušniny apod.). Základním aspektem je samozřejmě zpracovávání ropy.

Evropská komise vydala v lednu 2023 „směrný dokument“ Transition Pathway for Chemical Industry, který možné cesty pro odvětví naznačuje. Vzhledem k tomu, že uhlík (carbon) je stavebním kamenem většiny chemických látek a materiálů, není „dekarbonizace“ pro chemický průmysl řešením v doslovném slova smyslu. Příspěvek k dosažení cílů snižování emisí bude naplňován pomocí udržitelného uhlíku a/nebo zajištění cirkularity fosilního uhlíku jeho záchytem nebo recyklací produktů vyrobených z fosilních surovin.

V Evropské unii dosahuje toto odvětví obratu bezmála 600 miliard eur (data z roku 2021), přičemž český chemický průmysl představuje podíl 2,3 % z tohoto množství3.

Energeticky náročný sektor

Chemický průmysl je stále jedním z energeticky nejnáročnějších odvětví. V České republice je zodpovědný za asi 15 % konečné spotřeby energie v celém průmyslovém sektoru. Přibližně čtvrtinu jeho spotřeby pokrývá elektřina, následuje zemní plyn a hnědé uhlí4. Část energie sektor zpracovávající ropu pokrývá z ropy samotné a z procesních plynů, které vznikají při jejím zpracování.

Dekarbonizace chemického průmyslu spočívá zejména ve zvýšení efektivity výrobních procesů za konstantního snižování generovaných emisí. Vstupní suroviny, kterou je v mnoho případech ropa, zůstávají, neboť k nim neexistuje odpovídající alternativa.

Dekarbonizace chemického průmyslu půjde primárně cestou náhrady uhlí, plynu a dalších paliv elektřinou, tj. snižováním energetických emisí. V tomto ohledu je zásadní dostupnost bezemisní (obnovitelné) elektřiny a dlouhodobá jistota dodávek za přijatelné ceny.

Další emise skleníkových plynů (nejen CO2, ale i N2O aj. s různými vlastnostmi) vznikají samotným procesem výroby chemických látek. Nejvíce při výrobě paliv a sazí, amoniaku a kyseliny dusičné. Ve většině těchto procesů došlo od 90. let k výraznému zvýšení účinnosti, kdy na jednotku vyrobeného produktu byly procesní emise zásadně redukovány. Nejvíce u emisí N2O u výroby kyseliny dusičné.  Dle dat ČHMÚ mezi lety 1990 a 2021 vzrostla produkce kyseliny dusičné o 12 %, ale procesní emise z výroby klesly o 88 %5.

Odbourání procesních emisí skleníkových plynů je mnohem složitější, protože jsou jedním z výstupů chemické reakce pro výrobu daných produktů. Pro úplnou „dekarbonizaci“ se sektor neobejde bez dalšího zvyšování účinnosti procesů a bez zachytávání. Samotné zachytávání však není konečným řešením – zachycené emise (v různých formách) je potřeba někde uložit.

Ropa

Česká republika je závislá na dovozu ropy i zemního plynu ze zahraničí. Tuzemská produkce dokáže pokrýt spotřebu jen z několika jednotek procent. Jen za rok 2022 se do České republiky dovezlo bezmála 7500 tisíc tun ropy, přičemž 56 % tohoto množství bylo z Ruska (druh Ural a Rebco). Po Rusku se nejvíce ropy dovezlo z Ázerbájdžánu (druh Azeri Light).6

Jediným zpracovatelem ropy v České republice je společnost ORLEN Unipetrol. Ropa se zpracovává v rafinériích v Litvínově a v Kralupech nad Vltavou. Obě rafinérie zpracovávají ropy z různých zdrojů  – jsou napojené na ropovody Družba7, jehož jižní větev končí v rafinerii v Litvínově, a ropovod TAL, který vede z italského Terstu do německého Vohburgu a následně ropovodem IKL8 do centrálního tankoviště ropy v Nelahozevsi u Kralup nad Vltavou. V rafinériích je také zpracovávána ropa z těžby lokálních těžařů ropy společnosti Moravské naftové doly a firmy Lama, která je dopravována odděleně ropovodem Družba případně vlakovými cisternami po železnici.

Z ropy se získá celá řada esenciálních materiálů, bez kterých se moderní ekonomika nemůže obejít. Klasickým produktem zpracování ropy jsou pohonné hmoty. Za rok 2022 se spotřebovalo 8 228 miliard litrů, z toho 76,5 % připadá na motorovou naftu.9 Tuzemská produkce nepokryje celkovou spotřebu, tudíž část pohonných hmot na české trhu pochází z dovozu.

Zdroj: https://www.unipetrol.cz/cs/Media/Documents/Unipetrol_infografika_zpracovani_ropy_20180821.pdf

S transformací mobility směrem k bezemisní, tedy čisté mobilitě, se očekává postupné snižování spotřeby pohonných hmot. Postupem času tak bude produkce fosilních paliv klesat a naopak bude narůstat výroba syntetických paliv a také vodíku. Aktualizovaná směrnice o obnovitelných zdrojích energie stanovuje cíle pro podíl obnovitelných paliv.

Vodík

Přechod na nízkoemisní, respektive bezemisní hospodářství je hlavním předpokladem širokého uplatnění vodíku. Aktuálně se drtivá většina vodíku vyrábí z fosilních paliv, ať už parciální oxidací ropných zbytků nebo parním reformingem zemního plynu. V následujících letech se očekává změna, přičemž většina vodíku by měla pocházet z elektrolýzy vody za použití čisté elektrické energie z obnovitelných zdrojů energie.

Vodík se bude klasifikovat na tzv. RFNBO vodík, nízkouhlíkový vodík a ostatní (šedivý). Klasifikace se určuje podle emisní stopy, kterou výrobní proces generuje10. Prakticky to znamená, že v případě RFNBO (z angl. Renewable Fuels of Non-Biological Origin) je vodík získáván elektrolýzou vody za použití energie z OZE.

Pod zkratkou RFNBOs se skrývají obnovitelná plynná a kapalná paliva nebiologického původu (v originále Renewable Fuels of Non-Biological Origin). V praxi jde například o vodík vyrobený elektrolýzou z přebytků větrných nebo solárních elektráren.

Přesná pravidla pro RFNBOs stanovila Komise v únoru 2023 srkze delegovaný akt a jsou pro podmínky ČR relativně přísná. Aby mohl být například vodík vyráběný formou elektrolýzy považován za „obnovitelný“ nebo „zelený“, musí být buď vyráběn přímo v blízkosti obnovitelného zdroje, na který je napojen, nebo může být daný elektrolyzér napojen na elektrizační soustavu, ale musí odebírat obnovitelnou elektřinu skrze PPA (Power-Purchase Agreement)11 a zároveň plnit kritéria adicionality, časové a geografické korelace. Zjednodušeně řečeno samotný využívaný zdroj obnovitelné energie nesmí být starší než 36 měsíců (adicionalita), elektrolýza musí probíhat v době, kdy „fouká vítr“ či „svítí slunce“ (časová korelace) a zasmluvněná obnovitelná energie musí pocházet ze stejného regionálního trhu (regionální korelace). Možná je i kombinace obou přístupů.

TerminologieDefiniceUhlíková stopa
RFNBO vodíkMožné vyrábět pouze z ne-biogenních OZE za plnění adicionality, časové a geografické korelaceMax: 3,38 kg CO2/kg H2
Nízkouhlíkový vodíkČeká se na jasná pravidla podle nařízení Komise. Zatím je za takový považován vodík vyrobený z fosilních surovin při záchytu CO2Max: 3,38 kg CO2/kg H2
Ostatní (šedivý) vodíkVše, co nespadá do kategorií výše

Vodík nepředstavuje pouze možný nástroj čisté mobility, nýbrž do budoucna taktéž možné řešení pro průmysl, který hledá alternativní zdroje energie mj. k zemnímu plynu. S vyřešenou výrobou a zajištěnou logistikou vodíku může vodík představovat další nástroj dekarbonizace některých odvětví průmyslu.

Chemická recyklace

Chemická recyklace je formou recyklace, jejímž výstupem je meziprodukt (typicky pyrolýzní olej nebo syntézní plyn) určený např. pro výrobu plastů ve virgin kvalitě nebo jiných látek pro dlouhodobé využití. To znamená, že z odpadu – např. plastového – se vyrábí surovina pro výrobu chemických derivátů, např. plastů. Takto vyrobené plasty nelze kvalitativně rozlišit od plastů vyrobených přímo z fosilních surovin (tzv. panenských či virgin plastů). Chemická recyklace přitom dokáže recyklovat i dnes nerecyklované či obtížně recyklovatelné plasty či jiný druh „odpadů“ a z jejích výstupů lze zároveň vyrobit standardní materiály, např. i pro aplikace typu obaly pro styk s potravinami. Díky procesu chemické recyklace se tak výrazně ušetří množství původní suroviny, tedy ropy. Toto cirkulární řešení je jednou z dalších cest k dekarbonizaci nejen chemického průmyslu.

Využití vodíku

Česká vodíková technologická platforma
www.hytep.cz

Cílem platformy je rozvoj vodíkového hospodářství v České republice. Platforma podporuje vzájemnou informovanost subjektů působících v oblasti vodíkových technologií a podniká aktivity, prostřednictvím kterých rozvíjí potenciál vodíkových aplikací v ČR v návaznosti na klimatické ambice Evropské unie a jejich členských států.

Záchyt a využití CO2

CO2 Czech Solution Group, z.s.
www.co2cz.cz

Cílem je podporovat základní výzkum, aplikovaný výzkum nebo experimentální vývoj a následně prosazovat jejich výsledky prostřednictvím konkrétní výuky, publikování a především formou reálných aplikací a uplatnitelnosti konkrétních řešení technologií v rámci problematiky snižování emisí a zpětného využití CO2 v rámci České republiky do průmyslové praxe

CCS - Carbon Capture and Storage (záchyt CO2)
CCU někdy CCSU - Carbon Capture Storage and Utilization (využití CO2)

PŘIDEJTE VÁŠ PROJEKT

Máte vlastní projekt v této oblasti nebo příklad dobré praxe, který stojí za zveřejnění? Dejte nám vědět.





Přidat váš projekt

Zdroje a poznámky
  1. IEA 2023: Chemicals. Dostupné z: <https://www.iea.org/energy-system/industry/chemicals>[]
  2. EEA 2023: Managing the systemic use of chemicals in Europe <https://www.eea.europa.eu/publications/managing-the-systemic-use-of>[]
  3. Svaz chemického průmyslu: Ročenka 2022 o vývoji chemického průmyslu; str. 15 <https://www.schp.cz/prilohyarchiv/r338/Ro%C4%8Denka%202022.pdf>[]
  4. ČSÚ: Energetická bilance ČR <https://www.czso.cz/csu/czso/ene_cr>[]
  5. ČHMÚ: NATIONAL GREENHOUSE GAS INVENTORY REPORT OF THE CZECH REPUBLIC. Pp: 187-188. <https://www.chmi.cz/files/portal/docs/uoco/oez/nis/NIR/CZE_NIR-2023-2021_UNFCCC_allinone_ISBN.pdf>[]
  6. MPO 2023. Statistika dovozu ropy do ČR 2012—2022. Dostupné z: <https://www.mpo.cz/cz/energetika/statistika/ropa-ropne-produkty/statistika-dovozu-ropy-do-cr-2012_2022–274594/>[]
  7. https://druzba.mero.cz/[]
  8. https://ikl.mero.cz/[]
  9. ČAPPO. Spotřeba vybraných ropných produktů v ČR – od počátku roku 2021, 2022 a 2023. Dostupné z: <https://www.cappo.cz/cisla-a-fakta/spotreba-pohonnych-hmot-v-cr>[]
  10. Blíže viz směrnice o obnovitelných zdrojích energie a delegované akty k vodíku <https://energy.ec.europa.eu/topics/energy-systems-integration/hydrogen/hydrogen-delegated-acts_en>[]
  11. Jde o smlouvu mezi výrobcem energie na jedné straně a na druhé straně zákazníkem nebo obchodníkem, jejímž předmětem je dlouhodobá dodávka energie za stanovenou cenu (pevnou či indexovanou). Z pravidla jde o dodávku obnovitelné energie, kdy spolu s dodávkou energie obdrží zákazník i certifikát prokazující původ elektřiny z obnovitelného zdroje. To je výhodné jak pro zákazníka, který si tímto způsobem může plnit své cíle udržitelnosti, tak pro výrobce, který má zajištěný odběr a tím předvídatelný příjem.[]
Skip to content