Preview dekarbonizace hlinik

collections/_explainers/dekarbonizace-hlinik.md

@@ -0,0 +1,112 @@
+---
+layout:      explainer
+title:       "Jak dekarbonizovat výrobu hliníku?"
+slug:        "dekarbonizace-hlinik"
+published:   2023-09-15
+authors:
+  - id: "adam-bilek"
+  - id: "jirka-lnenicka"
+    minor-role: "editace"
+
+weight:      74
+tags-scopes: [  ]
+tags-topics: [  ]
+cover-source-author:        "UC Rusal"
+cover-source-text:          "Shelekhov Aluminium Factory"
+cover-source-license:       "Wikimedia License"
+cover-source-license-url:   "https://foundation.wikimedia.org/wiki/Policy:Terms_of_Use"
+cover-source-url:           "https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Shelekhov-aluminium-factory-3.jpg"
+perex:       "Výroba hliníku je velmi náročná z hlediska vypouštění skleníkových plynů. Většina emisí pochází z nutného dodání elektřiny ze sítě a dekarbonizace hliníku je tak z velké části závislá na dekarbonizaci výroby elektřiny. Součástí řešení ovšem může být i nízkoemisní vodík a zachytávání CO<sub>2</sub>"
+---
+
+{% include preview-box.html
+    title="Jaké jsou technologie dekarbonizace průmyslu?"
+    text="Detailnější pohled na technologie dekarbonizace průmyslu nabízí náš přehledový text."
+    slug="technologie-dekarbonizace-prumyslu"
+%}
+
+Hliník je velmi lehký kov s dobrými vodivými vlastnosti, který se hojně využívá v elektrotechnice, stavitelství, spotřebičích a dopravě. V praxi se rozlišuje primární hliník, tedy nově vyroběný hliník pro který je zapotřebí těžit a zpracovávat rudy a sekundární hliník, který je recyklovaný a je výrazně méně emisně náročný.
+
+## Výroba hliníku a emise skleníkových plynů
+
+Globálně se ročně vyrábí okolo 68 Mt primárního hliníku a kolem 30 Mt hliníku je recyklováno.[^hlinikvyroba] **Více než 60 % emisí při výrobě hliníku je spojeno s využitím elektřiny s vysokou uhlíkovou stopou.**[^hlinikelektrina] Zde se ovšem jedná o nepřímé emise, jelikož elektřina je zpravidla vyrobena mimo daný provoz. Z této provázanosti s elektřinou také plyne, že konkrétní emisní intenzita hliníku se v různých zemích liší v závislosti na jejich energetickém mixu. V Evropě vypouštíme na tunu hliníku v průměru okolo 7 tun CO<sub>2</sub>eq, celosvětový průměr je kolem 16 tun CO<sub>2</sub>eq.[^hlinikeuasvet] Pro představu, jak velký by byl rozdíl při využití výhradně bezemisní elektřiny: u tuny hliníku vyrobené pouze pomocí elektřiny dodávané vodní elektrárnou by vznikly cca 4 tuny CO<sub>2</sub>eq, v případě uhelné elektrárny to může být až 20 tun CO<sub>2</sub>eq.[^hliniklokace] Recyklovaný hliník může mít uhlíkovou intenzitu 0,5 CO2eq na tunu produktu.[^recyklaceintenzita]
+
+Výroba hliníku tvoří 2 % světových emisí skleníkových plynů.[^dveprocenta] **Přímé emise výroby hliníku jsou spojeny se spalováním fosilních paliv pro dosažení potřebných teplot a s chemickými reakcemi** v rámci procesu elektrolýzy. Procesní emise z chemických reakcí představují 15 % emisí skleníkových plynů a 15 % platí i pro emise ze spalování.[^hlinikelektrina] Zbylé emise jsou spojeny například s dopravou.
+
+Aby se vyrobil hliník, je nutné vytěžit bauxit, který je následně zpracován rafinací do oxidu hlinitého (Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> neboli alumina). Tento proces má na svědomí kolem pětiny emisí skleníkových plynů, převážně ze spalování fosilních paliv během rafinace. Zbylé emise pochází z procesu tavení, při kterém je oxid hlinitý zpracován skrz elektrolýzu zpravidla skrz tzv. Hall-Heroultův proces. Většina emisí pochází z potřeby dodání elektřiny a emisní náročnost tak závisí na zdroji dané elektřiny, ovšem jsou přítomné i procesní emise, kdy dochází k uvolňování CO<sub>2</sub>.[^hlinikproces] Ten vzniká tím, že při použití uhlíkových anod se reakcí uvolní kyslík přítomný v oxidu hlinitém, který reaguje s uhlíkem z anody a vzniká CO<sub>2</sub>.
+
+- rovnice? oxid hlinitý + uhlík -> hliník + CO<sub>2</sub>
+
+### Dekarbonizace výroby hliníku
+
+Kvůli závislosti výroby hliníku na dodávkách elektřiny ze sítě, bude z hlediska dekarbonizace tohoto sektoru klíčová především transformace elektroenergetiky, tedy dekarbonizace elektřiny. Nezanedbatelné množství emisí skleníkových plynů ovšem pochází i ze spalování a procesních reakcí, které lze také snížit. 
+
+Již dnes lze najít projekty, které vyrábí hliník s nizší emisní stopou. Zpravidla jde o primární hliník, který je vyrobený pomocí elektřiny z vodních elektráren a jehož emisní intenzita se pohybuje kolem 4 tun CO2eq na tunu hliníku. Pokud se jedná o recyklovaný hliník, lze dosáhnout ještě nizších emisních intenzit v závislosti na procentu recyklovaného hliníku v produktu.
+
+Tyto projekty bude potřebné nadále škálovat aby došlo ke snížení emisní stopy sektoru výroby hliníku. Jak může toto škálování a dosažení nízkých nebo nulových emisí výrobu hliníku vypadat se snaží ukázat sektorové dekarbonizační strategie.
+
+Dále vycházíme z dekarbonizačních scénářů těchto institucí:
+
+- World Economic Forum: [Net Zero Industry Tracker 2022 Edition](https://www3.weforum.org/docs/WEF_NetZero_Industry_Tracker_2022_Edition.pdf).
+- International Aluminium: [Aluminium Sector Greenhouse Gas Pathways to 2050](https://international-aluminium.org/resource/aluminium-sector-greenhouse-gas-pathways-to-2050-2021/).
+- Center for Strategic & International Studies: [Decarbonizing Aluminum: Rolling Out a More Sustainable Sector](https://www.csis.org/analysis/decarbonizing-aluminum-rolling-out-more-sustainable-sector).
+- IPCC: [Sixth Assessment Report - Working Group III: Kapitola 11](https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg3/downloads/report/IPCC_AR6_WGIII_FullReport.pdf)
+
+#### Z těchto scénářů vyplývá:
+
+* U hliníku nemůžeme očekávat snížení poptávky. Poptávka po něm se naopak do roku 2050 může zvýšit o 50–80 %.[^hlinikrecyklace] Substituce či snížení poptávky se nejeví jako reálná také proto, že se v některých oblastech o hliníku uvažuje jako o možné náhradě za ocel, plasty apod. Jedná se i o důležitý materiál v rámci dekarbonizace.
+* Jednoznačně hlavním způsobem snížení emisí skleníkových plynů je dekarbonizace výroby elektřiny. **Plně dekarbonizovaná síť by mohla snížit průměrnou emisní intenzitu výroby hliníku o 75 %.** Budou se tak vysktytovat nadále výrazné regionální rozdíly v emisní intenzitě hliníku v závislosti na tom jak se v dané oblasti elektřina vyrábí. S postupující globální dekarbonizací výroby elektřiny budou emise z výroby hliníku klesat.
+* Doplňující technologie jsou převážně nízkoemisní vodík a do menší míry zachytávání CO<sub>2</sub>.
+* Dekarbonizovaný hliník může být až o 40 % drazší, ovšem pro koncové spotřebitele by šlo o navýšení ceny o 1-2 % jelikož použitý hliník tvoří pouze zlomek celkové ceny i dnes.[^wef]
+* Zpoplatňování emisí skleníkových plynů (např. systém EU ETS) bude pro konkurenceschopnost nízkoemisního hliníku klíčové. Zpoplatnění tCO2 na úrovni 210 USD by znamenalo konkurenceschopnost dekarbonizovaného hliníku.[^wef] 
+* Kvůli závislosti emisní intenzity hliníku na emisní náročnosti elektřiny můžou být zvýhodněny regiony s čistou elektřinou. Příkladem může být Island, kde mix elektřiny pocházející ze z 70 % vodních elektráren a 30 % z geotermální energie vede k tomu, že hliník vyrobený na Islandu má pouhou šestinu emisní intenzity ve srovnání s globálním průměrem.[^island]
+
+## Technologie pro dekarbonizaci výroby hliníku
+
+* **Recyklace** - Hliník představuje jednoduše recyklovatelný kov a jeho opětovné použití je až o 90 % méně emisně náročné a energeticky daleko úspornější než nová produkce.[^hlinikrecyklace] Je to technicky snadné a ekonomicky výhodné a v EU už v současnosti recyklujeme zhruba tři čtvrtiny hliníku.[^hlinikrecyklace] Můžeme dále uvažovat o opatřeních podporujících cirkularitu (např. systém vratných záloh na plechovky). Možnosti recyklace tak spíše budou omezeny dostupností materiálu k recyklaci vzhledem k rostoucí poptávce. I proto se očekává, že recyklovaný hliník bude naplňovat třetinu poptávky po hliníku roku 2060.[^ipcc]
+
+* **Vodík** - Jelikož i při výrobě hliníku je nutné používat fosilní paliva jakými jsou například uhlí či zemní plyn, skýtá se možnost tyto emise ze spalování snížit tím, že bychom používali nízkoemisní zelený vodík. Jeho využití při výrobě hliníku bude záviset na rozvoji infrastruktury a cenou ve srovnání s aktuálně využívanými fosilními palivy, jakým je třeba zemní plyn. Vzhledem k potřebě značného množství nízkoemisní elektřiny jednak pro elektrolýzu při výrobě hliníku i pro výrobu zeleného vodíku, regiony s dostupnou nízkoemisní elektřinou mohou mít značnou výhodu.
+
+* **Zachytávání CO<sub>2</sub> (CCS)** - Na nahrazení procesních emisí vznikajících během procesu elektrolýzy je teoreticky možné využít zařízení na zachytávání CO<sub>2</sub>.[^ccshlinik] U hliníku je ovšem problém relativně nízká koncentrace CO<sub>2</sub> u odpadního plynu. Je totiž podstatně nizší než například u spalování fosilních paliv, pro které byly technologie CCS často vyvíjeny. Zároveň přítomnost jiných znečisťujích látek dále komplikuje situaci. V současné době tak probíhá výzkum jak umožnit využití CCS při výrobě hliníku.[^ccs]
+
+* **Inertní anody** - Lze zabránit tomu aby uhlík z anod reagoval s kyslíkem z oxidu hlinitého. Lze využít tzv. inertní anody, které neuvolňují uhlík a tudíž dojde pouze k tvorbě kyslíku jako vedlejšího produktu při tavení hliníku. V současné době inertní anody pro výroby hliníku nejsou komerčně dostupné, ale probíhají pilotní projekty a výzkum.[^inert]
+
+### Co ovlivní průběh dekarbonizace?
+
+Kvůli náročnosti výroby hliníku z hlediska dodávek elektřiny mají velkou výhodu v dekarbonizujícím se světě konkrétní továrny na hliník, které se nachází v zemích s dostatkem levné a nízkoemisní elektřiny. Odběratelé hliníku, kteří touží po co nejnizší možné uhlíkové stopě dnes mohou využívat co nejvíce recyklovaného hliníku, ale ten je kvůli vysokým mírám recyklace vyčerpatelný a tak emisní stopa primárního hliníku může do budoucna být čím dál větším faktorem v rámci konkurence. 
+
+Výroba hliníku je zároveň považována za strategickou a tudíž míra podpory státu při zachování výroby hliníku může být vyšší. 
+
+Hlavní opatření, které budou průběh dekarbonizace sektoru ovlivňovat:
+
+* Dekarbonizace výroby elektřiny: je nutné nadále rozvíjet nízkoemisní zdroje elektřiny jako solární, větrné či jaderné elektrárny či výrobu hliníku soustředit do oblastí kde již dekarbonizovaná elektřina je dostupná jako například v Norsku či Švédsku.
+
+* Mechanismy srovnávající ceny hliníku odlišných emísních intenzit: investiční podpora (v EU například Modernizační či Inovační fond, v USA IRA), systém uhlíkového vyrovnávání na hranicích (CBAM) a systém emisních povolenek či uhlíkové daně
+
+* Poptávka po nízkoemisním hliníku: odběratelé hliníku mohou chtít snižovat svou uhlíkovou stopu či odpovídat na poptávku zákazníků i v případech kdy by nízkoemisní hliník byl drazší.
+
+* Rozvoj výroby zeleného vodíku a technologií pro zachytávání CO<sub>2</sub> společně s technologickým pokrokem v oblasti inertních anod.
+
+
+{% include figure.html
+    name="hlinik.jpg"
+    alt="Výroba hliníku"
+    caption="1 tuna hliníku = cca 16 tun CO<sub>2</sub>"
+    source-text="Pixabay"
+    source-url="https://pixabay.com/photos/factory-aluminum-production-russia-2639751/"
+%}
+
+[^hlinikelektrina]: [International Aluminium, 2021: Aluminium Sector Greenhouse Gas Pathways to 2050](https://international-aluminium.org/resource/aluminium-sector-greenhouse-gas-pathways-to-2050-2021/).
+[^hliniklokace]: [Climate Action, 2021: Carbon Footprint of Recycled Aluminium](https://www.climateaction.org/news/carbon-footprint-of-recycled-aluminium).
+[^hlinikrecyklace]: [Center for Strategic & International Studies, 2022: Decarbonizing Aluminum: Rolling Out a More Sustainable Sector](https://www.csis.org/analysis/decarbonizing-aluminum-rolling-out-more-sustainable-sector).
+[^dveprocenta]: [RICS, 2021: The 75 per cent problem: aluminium’s carbon footprint](https://ww3.rics.org/uk/en/modus/natural-environment/climate-change/the-75-per-cent-problem--aluminium-s-carbon-footprint-.html).
+[^ccshlinik]: [Light Metal Age, 2023: Decarbonizing the Primary Aluminum Industry](https://www.lightmetalage.com/news/industry-news/smelting/decarbonizing-the-primary-aluminum-industry/).
+[^hlinikeuasvet]: [European Aluminium: A low carbon footprint](https://european-aluminium.eu/projets/a-low-carbon-footprint/)
+[^hlinikvyroba]: [Natural Resources Canada: Aluminium Facts](https://natural-resources.canada.ca/our-natural-resources/minerals-mining/minerals-metals-facts/aluminum-facts/20510#details-panel3) a [International Aluminium: International Aluminium Institute publishes global recycling data](https://international-aluminium.org/international-aluminium-institute-publishes-global-recycling-data/)
+[^hlinikproces]: [Carbon Chain: Understand your aluminium Emissions](https://www.carbonchain.com/blog/understand-your-aluminum-emissions)
+[^wef]: [World Economic Forum: Net Zero Industry Tracker 2022 Edition](https://www3.weforum.org/docs/WEF_NetZero_Industry_Tracker_2022_Edition.pdf).
+[^island]: [Green By Iceland: Metal Production in Iceland](https://www.greenbyiceland.com/metal-production/)
+[^ipcc]: [IPCC: Sixth Assessment Report - Working Group III: Kapitola 11](https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg3/downloads/report/IPCC_AR6_WGIII_FullReport.pdf)
+[^ccs]: [Hydro: Developing carbon capture and storage technology for aluminium smelters](https://www.hydro.com/en/media/on-the-agenda/hydros-roadmap-to-zero-emission-aluminium-production/developing-carbon-capture-and-storage-technology-for-aluminium-smelters/)
+[^recyklaceintenzita]: [Climate Action: Carbon Footprint of Recycled Aluminium](https://www.climateaction.org/news/carbon-footprint-of-recycled-aluminium)
+[^inert]: [NRDC: The Role of Inert Anodes in Aluminum Decarbonization](https://www.nrdc.org/bio/ian-wells/role-inert-anodes-aluminum-decarbonization)

collections/_topics/ekonomika.md

@@ -86,6 +86,7 @@ subtopics:
   - adaptacni-strategie-cr
   - technologie-dekarbonizace-prumyslu
   - dekarbonizace-mineralniho-prumyslu
+  - dekarbonizace-hlinik
   - 3-stavebnictvi-a-bydleni
   - 27-rethink-architecture
   - 5-transformace-dopravy