การศึกษาและกาหนดค่า carbon intensity ของ...

1

การศกษาและก าหนดคา Carbon Intensity ของอตสาหกรรมเหลกและเหลกกลาของประเทศไทย

องคการบรหารจดการกาซเรอนกระจกThailand Greenhouse Gas Management Organization

โครงการ “การศกษาคา Carbon Intensity ของอตสาหกรรมปนซเมนตเหลก และอตสาหกรรมพลงงาน (โรงไฟฟาจากเชอเพลงฟอสซล)”

ผศ.ดร.สรลกษณ เจยรากร มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร

บรรยายโดย:

(รายงานยงไมสมบรณโปรดอยาใชอางอง)

2

ทมา : สถาบนเหลกและเหลกกลาแหงประเทศไทย

BF

BOF EAFF

inis

hed

go

od

s

อตสาหกรรมการผลตเหลกและเหลกกลา

รปท 1 วงจรชวตของเหลก

การศกษาคา Carbon Intensity ของอตสาหกรรมปนซเมนต เหลก และอตสาหกรรมพลงงาน (โรงไฟฟาจากเชอเพลงฟอสซล)

แบงออกเปน 3 กลม คออตสาหกรรมเหลกขนตน (Up Stream) อตสาหกรรมเหลกขนกลาง (Middle Stream) อตสาหกรรมเหลกขนปลาย (Down Stream)

รปท 2 กระบวนการผลตเหลกแบบตอเนอง (Integrated process) (ทมา: Shama, 2008)



3

กระบวนการผลตเหลกขนตน

กระบวนการผลตเหลกขนกลาง

กระบวนการผลตเหลกขนปลาย

แบบจ าลองโครงสรางกระบวนการผลตเหลกของประเทศไทย



4


รปท 4 ขอมลแบบจ ำลองกำรผลตเหลกของ แตละภมภำค (ทมา: Hidalgo et al., 2003)รปท 3 สดสวนการผลตเหลกพก (Pig iron) และเหลกกลา

(Steel) ทวโลกในป พ.ศ. 2550 (ทมา: U.S. Geological Survey, 2008)

(รายงานยงไมสมบรณโปรดอยาใชอางอง) องคการบรหารจดการกาซเรอนกระจกThailand Greenhouse Gas Management Organization

จน อนๆ

อนๆ

จนญปน

5

การผลตเหลกดบ (เหลกกงรปพรรณ) ของประเทศไทย

รปท 5 ปรมาณการผลตและการบรโภคเหลกดบของประเทศไทย

Billet

Slab




(ทมา: สถาบนเหลกและเหลกกลาแหงประเทศไทย, 2553)

6

แนวโนมเทคโนโลยทใชในการผลตเหลก

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

1960 1995 2020

BOF (integrated BF based steel)

EAF (scrap based steel)

OH (open hearth steel)

รปท 6 แนวโนมการใชเทคโนโลยผลตเหลกกลาของอตสาหกรรมเหลกกลาทวโลก



0

50000

100000

150000

200000

250000

2004 2005 2006 2007 2008กา

รผลต

เหลก

ของ E

U

(พนต

น)BOF EAF

(ทมา: สถาบนเหลกและเหลกกลาแหงประเทศไทย, 2553)

รปท 7 การผลตเหลกดบแยกตามกระบวนการ BOF และEAF ของกลมประเทศ EU(ทมา: Tara and Carolyn, 2001)


7

CO2 จากกระบวนการผลตเหลกครบวงจร (ไมรวมไฟฟา และเชอเพลง)

C + O2 → CO2CO2 + C → 2COFe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

C + 0.5O2 → CO + heatCH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + heat

CaCO3 + Heat→CaO + CO2แรเหลก

เตาหลอม

เหลกพก เหลกพรน

เศษเหลก เตาหลอม

Billet Bloomm Slab

เครองรด เครองรด เครองรด แมพมพ

เหลกหลอ•เหลกเสน•เหลกลวด•ลวดเหลกแรงดงสง

โครงสรางเหลกรปพรรณ

•เหลกแผนรดรอน•เหลกแผนรดเยน

•อตสาหกรรมกอสราง•นอต ตะป สกร โซ ตะแกรงเหลก

•ชบโลหะ•รถยนต ทอเหลก

•เครองจกร•เครองมอ

เหลกขนตน

เหลกขนกลาง

เหลกขนปลาย

ถานหน หนปน

CO2

CO2

องคการบรหารจดการกาซเรอนกระจกThailand Greenhouse Gas Management Organization (รายงานยงไมสมบรณโปรดอยาใชอางอง)

8

ตารางท 1 คา Emission Factor ของ CO2 และ CH4 จากกระบวนการผลตเหลกและเหลกกลา และถานโคก (IPCC, 2006)

Process/TechnologyEmission factor

CO2 (tonne/tonne of product) CH4 (g/tonne of product)Sinter Production 0.2 70Coke Oven 0.56 100Iron Production 1.35 -Direct Reduced Iron production 0.7 1,000Pellet production 0.03 -Basic Oxygen Furnace (BOF) 1.46 -Electric Arc Furnace (EAF) 0.08 -Open Hearth Furnace (OHF) 1.72 -

คา Emission factor ของอตสาหกรรมเหลกทวโลก


9

(Chaparral steel) (Tokyo steel) (BSW)

(EAF)

-

EAF (kWh/ton)547 450 460 363

- Oxygen EAF (Nm3/ton) 44 46 34 40

- Electrode EAF (kg/ton) 3.6 2.3 2.1 2.0

- Yield (%) 88.5 93.5 92.7 89.0

ตารางท 2 เปรยบเทยบการใชพลงงานในการหลอมเศษเหลกของไทยและตางประเทศ


547 kWh/ton x 0.58 kg CO2/kWh= 0.317 ton CO2 / ton

คา Carbon Intensity ของอตสาหกรรมเหลก

ทมา : สถาบนเหลกและเหลกกลาแหงประเทศไทย; 2547

รปท 8 คา Carbon intensity ของโรงงานอตสาหกรรมเหลกและเหลกกลาในประเทศตางๆ (ทมา: Persson et al., 2007)

CO2 จากกระบวนการผลต การใชไฟฟา และการใชเชอเพลง ตามคมอ (IPCC 1996)

ไมคด CO2 จากการผลตถานโคก

ขอมลในสวนของวตถดบในกระบวนการผลต การใชไฟฟา และการใชเชอเพลง ไมคดรวมกจกรรมการผลตถานโคกโดยจะคดแยกเปนของเชอเพลงตามคมอ (IPCC 1996) 1.5 t CO2/t steel

1.7 t CO2/t steel

Tata Steel Gr. Vision Specific CO2

emissions

1.5 t CO2/t steel

1.7 t CO2/t steel


emissions

1.5 t CO2/t steel

1.7 t CO2/t steel


emissions

1.5 t CO2/t steel

1.7 t CO2/t steel


emissions


India

China

US

10

ขอบเขตและวธค านวณคา Carbon intensityคดเปน Gate-to-Gate แบงเปนคา Carbon intensity ทไดจาก

1. กลมเหลกขนตน

• Process

• Electricity

• Fuel

2. กลมเหลกขนกลาง

• Process

• Electricity

• Fuel

3. กลมเหลกขนปลาย

• Process

• Electricity

• Fuel

Carbon intensityของเหลกขนตน

Carbon intensity

ของเหลกขนกลาง

Carbon intensity

ของเหลกขนปลาย

Input Output




11

1. การค านวณการปลอยกาซเรอนกระจกจากการใชไฟฟา

เมอ: CO2 Emission,,Electricity = ปรมาณการปลอยกาซคารบอนไดออกไซด (CO2)

จากการใชไฟฟา kgCO2

Electricity Consumption = ปรมาณการใชไฟฟา (kWh)Emission Factor = คาการปลอยกาซคารบอนไดออกไซด (CO2) จากการผลตไฟฟา

ในประเทศไทย



CO2 Emission, Electricity = Electricity Consumption x Emission Factor


12

ขอมลทใชในการค านวณ: ปรมาณไฟฟาทใชในการผลตเหลกและเหลกกลา (kWh)

: คาการปลอยกาซคารบอนไดออกไซด (CO2) จากการผลตไฟฟาในประเทศไทย

ขอมล

: ผลการศกษา Carbon Intensity จากภาคไฟฟาEmission Factor

ป พ.ศ. Emission Factor (kgCO2/Wh)

2547 0.581

2548 0.578

2549 0.550

2550 0.579

2551 0.572




13

2. การค านวณการปลอยกาซเรอนกระจกจากการใชเชอเพลง

เมอ: CO2 Emissions, fuel = ปรมาณการปลอยกาซคารบอนไดออกไซด (CO2) จาก

การใชเชอเพลง(kg CO2)Fuel Consumption fuel = ปรมาณการใชเชอเพลง (หนวย MJ/Unit)Emission Factor = คาการปลอยกาซคารบอนไดออกไซดของเชอเพลงแตละ

ประเภท จากคมอ IPCC (2006)




14

ขอมลทใชในการค านวณ: IPCC 2006Emission Factor



15

3. การค านวณการปลอยกาซเรอนกระจกจากกระบวนการผลต ตามคมอ IPCC (2006)


Tier 1

เมอ: ECO2= ปรมาณการปลอยกาซคารบอนไดออกไซด (CO2) Emission Factor = คาการปลอยกาซคารบอนไดออกไซด (CO2) BOF = ปรมาณของเหลกกลาทผลตดวยเตา BOFEAF = ปรมาณของเหลกกลาทผลตดวยเตา EAFOHF = ปรมาณของเหลกกลาทผลตดวยเตา OHF

ค านวณคาการปลดปลอยจากปรมาณผลตภณฑ (ตน) มาคณกบคา emission factor (หนวยเปนตน CO2 ตอตนผลตภณฑ)


16


Tier 2 ค านวณคาการปลดปลอยเฉพาะ CO2 (ไมคด CH4) จากการใชวตถดบในกระบวนการยอย

เมอECO2, non-energy = ปรมาณการปลดปลอยกาซคารบอนไดออกไซดทรายงานใน IPPU (ตน) PC = ปรมาณถานโคกทใชในการผลตเหลกและเหลกกลาซงไมรวมในกระบวนการเผาประสาน (ตน)COBa = ปรมาณผลตภณฑขางเคยงจากเตาเผาถานโคกทปอนเขาไปในเตาถลงทรงสง (ตน) CI = ปรมาณของถานหนทใชปอนเขาไปโดยตรงในเตาถลงทรงสง (ตน) L = ปรมาณของหนปนทใชในการผลตเหลกและเหลกกลา (ตน) D = ปรมาณของโดโลไมตทใชในการผลตเหลกและเหลกกลา (ตน)CE = ปรมาณของคารบอนอเลกโทรดทใชในเตาอารคไฟฟา (ตน)



17

Ob = ปรมาณของถานชนดอนและวตถดบอนๆ b ทใชในการผลตเหลกและเหลกกลา เชน ของเสย พลาสตก ยางรถยนต (ตน)

COG = ปรมาณของกาซในเตาเผาถานโคกทใชในเตาถลงทรงสง/เตาเผาประสานในการผลตเหลก และเหลกกลา (ลกบาศกเมตร)S = ปรมาณของเหลกกลา (ตน)IP = ปรมาณของผลตภณฑเหลกไมรวมเหลกกลา (ตน)BG = ปรมาณของกาซทใชในเตาถลงทรงสง/เตาเผาประสานใหกบถานโคก (ลกบาศกเมตร) หรอ หนวยอนๆ เชน ตนหรอ GJCx = ปรมาณคารบอนของวตถดบทใสเขาหรอไดออกมา x, หนวยเปน ตนคารบอนตอหนวยของ วตถดบ x


เกบขอมลการตรวจวดการปลดปลอย CO2 และ CH4 จากกระบวนการผลตโดยตรง ซงขนอยกบเทคโนโลยและกระบวนการผลตของแตละโรงงาน

Tier 3


18

วธค านวณคา Carbon intensity ตามคมอ IPCC 2006



หมายเหต:เนองจากโรงงานยงไมมการตรวจวด CO2 โดยตรงจงจ าเปนตองปรบวธการค านวณลงมาเปนแบบ Tier 2

19

ปรมาณคารบอนในองคประกอบของวตถดบ ชนดและปรมาณเชอเพลงทใช ปรมาณการใชไฟฟา ชนดและปรมาณผลตภณฑ

ขอมลกจกรรมการศกษาคา Carbon Intensity ของอตสาหกรรมเหลกและเหลกกลา


ขอบเขตการศกษาจากกระบวนการผลตแตละขน (gate-to-gate) ขอมลจากโรงงานทงสน 5 โรงงาน ครอบคลมขนกลางและขนปลาย ขอมลทไดจะท าการเฉลยคาจากการเกบขอมลยอนหลงเปนเวลา 5 ป นบตงแตป พ.ศ. 2547 ถง 2551 (ค.ศ. 2004-2008)


Energy Intensity

20

ตารางท 3 ผลการค านวณคา Carbon intensity และ คา Energy intensity

หมายเหต: a คอผลตภณฑเหลกทเกดจากกระบวนการผลตเฉพาะเหลกขนปลายb คอผลตภณฑเหลกทเกดจากกระบวนการผลตเฉพาะเหลกขนกลางc คอผลตภณฑเหลกทเกดจากกระบวนการผลตแบบตอเนองขนกลางตอปลาย

ผลตภณฑ

ปรมาณการผลต (ตน)

รอยละปรมาณการผลตจรงตอก าลงการผลต

Carbon intensity(tonneCO2/tonne

product)

Energy intensity (GJ/tonne product)

Emission/Energy (tonneCO2/GJ)

เหลกแผนรดรอนชนดมวน1,514,784a 38 0.182 1.93 0.09

เหลกแผนรดเยน 632,497a 53 0.172 1.58 0.11

เหลกแผนเคลอบส/อลมเนยม

821,092a 78 0.029 0.46 0.06

เหลกแทงเลก (Billet) 422,151b 72 0.620 3.21 0.20

เหลกเสน 480,373a 60 0.064 0.40 0.15

เหลกแทงแบน (Slab) และ เหลกแผนรดรอนชนดมวน

1,006,134c 67 0.651 4.89 0.13

รวม 4,877,031เฉลยถวงน าหนก

0.279 2.20 0.13



21

(ทมา: Persson et al., 2006)

ผลการค านวณคา Carbon intensity และ Energy intensity ในการผลตเหลกและเหลกกลาของไทยกบประเทศตางๆ

ไฟฟา 55.4% เชอเพลง 46.6%

Energy intensity เฉลย = 2.20 GJ/tonne Carbon intensity เฉลย = 0.279 tonne CO2/tonne

ไฟฟา 61.2 % เชอเพลง 26.6 % กระบวนการผลต 12.2%


22

ผลตภณฑEnergy intensity (GJ/tonne)

World Best Practice (Worrell et al., 2007)

คาทไดจากการศกษา

EEI

เหลกแทงเลกจากเตา EAF 2.1 3.12 0.67

เหลกแผนรดรอนชนดมวน 1.98 1.93 1.0

เหลกแผนรดเยน 0.47 1.58 0.3

เหลกขนกลางจากเตา EAF และเหลกแผนรดรอนชนดมวน*

2.4 4.89 0.5

กระบวนการผลตEnergy intensity (GJ/tonne steel)

(Price et al., 2002)

คาทไดจากการศกษา

EAF/continuous casting/hot rolling 9.3 4.89

Hot rolling 2.3-5.4 1.93

Cold rolling 1.6-2.8 1.58


ตารางท 4 คา Energy intensity ของประเทศไทยเปรยบเทยบกบคาเฉลยของ ตางประเทศแบงตามกระบวนการผลต

Energy efficiency index (EEI)

Energy intensity, ref = Energy intensity ทอางอง จาก World Best practice

Energy intensity,TH = Energy intensity ของ ประเทศไทยตารางท 5 คา Energy intensity ของ World Best Practice เทยบกบ

ประเทศไทย โดยแบงตามเทคโนโลยในการผลตเหลก


23

กระบวนการผลตพลงงานทลดได

(GJ/tonne steel)

คดเปนปรมาณ CO2(tonne CO2/ tonne

steel)

ปรมาณ CO2 ทลดได(tonneCO2/ tonne steel)

เชอเพลง ไฟฟา

กระบวนการผลตเหลกแทงเลก 1.02 0.146 0.028 0.118

กระบวนการรดเยน 1.11 0.118 0.040 0.078

กระบวนการผลตเหลกแผนรดรอนชนดมวนแบบตอเนอง

2.49 0.308 0.059 0.249

รวม 4.62 0.572 0.099 0.445


ตารางท 5 คา Energy intensity และปรมาณ CO2 ทควรลดไดตามคาของ World Best Practice


24

แนวทางในการลดการปลอยกาซเรอนกระจกจากอตสาหกรรม การผลตเหลกและเหลกกลา มาตรการในการปรบปรงประสทธภาพการใชพลงงาน ปรบเปลยนชนดเชอเพลงเปนแบบคารบอนต า (Fuel switching) มาตรการในการเพมประสทธภาพการใชเชอเพลงและไฟฟา การลดปรมาณการปลอยกาซคารบอนไดออกไซดจากแหลงผลตไฟฟา

มาตรการดานเทคโนโลยในกระบวนการผลต ตามรายงานของ World Steel Association (2010) ไดสรปแนวทางไวดงน1. American Iron and Steel Institute (AISI)- technology roadmap (USA) เทคโนโลยการผลต Suspension Hydrogen Reduction of Iron Oxide

Concentrate การผลต Molten Oxide Electrolysis



25

มาตรการดานเทคโนโลยในกระบวนการผลต (ตอ)

2. POSCO-CO2 Breakthrough Framework

เทคโนโลย CO2 absorption using ammonia solution

Carbon-lean FINEX process

3. COURSE50 (JISF, Japan)

CO2 separation, capture and storage

CO2 fixation by plants and its effective uses

4. ULCOS-Ultra-Low Carbon dioxide Steelmaking (EU)

Top gas recycling blast furnace with CO2 capture and storage (CCS)

ISARNA with CCS ซงเปนเทคโนโลยใหมในรปแบบของ Bath-smelting

Advanced Direct Reduction with CCS

Electrolysis



26

FINEX Process

Source: Posco CO2 breakthrough framework, 2008

27

รายชอนกวจยโครงการ

ผศ.ดร.สรลกษณ เจยรากร นกวจยโทรศพท: 02-4708654

Email: [email protected]

คณะพลงงานสงแวดลอมและวสด มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร

นางสาววราภรณ ตองออน ผชวยนกวจย

โทรศพท: 08-1438-8304

Email: [email protected]บณฑตวทยาลยรวมดานพลงงานและสงแวดลอม มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร

การศึกษาและกาหนดค่า carbon intensity ของ...

Documents