El costo del reemplazo del carbono
Las evaluaciones de sostenibilidad de equipos industriales a menudo se centran en la eficiencia energética operativa. Esto captura el carbono emitido durante el uso, pero omite el carbono emitido durante la fabricación, el transporte y la eliminación del equipo en sí. Para los equipos que se reemplazan con frecuencia, el carbono incorporado proveniente de la fabricación puede exceder los ahorros de carbono operativos provenientes de ganancias incrementales de eficiencia.
Un intercambiador de calor de acero inoxidable en servicio químico corrosivo dura de 2 a 4 años. Durante una vida útil de 15 años de la planta, se fabrican, envían, instalan y eliminan de 4 a 7 unidades de reemplazo. Cada unidad transporta carbono incorporado proveniente de la producción, fabricación y transporte de acero.
Un intercambiador de calor de PTFE en el mismo servicio dura 15+ años. Se fabrica, envía e instala una unidad. Finalmente se desecha una unidad. El carbono incorporado de una sola unidad de PTFE puede ser mayor que el de una sola unidad de acero.-La producción de fluoropolímero consume mucha energía--pero se compara con el carbono incorporado acumulado de 4 a 7 unidades de acero más su logística de reemplazo.
Fuentes de carbono incorporadas
La producción de acero inoxidable emite aproximadamente 2,0-3,0 kg de CO₂ por kg de acero, dependiendo del contenido reciclado y la ruta de producción. Una bobina de inmersión de 50 kg transporta 100-150 kg de CO₂ en material. La fabricación (corte, doblado y soldadura) agrega entre un 20% y un 40% a la huella de material. El transporte desde el fabricante hasta el sitio agrega emisiones proporcionales al peso y la distancia.
La producción de PTFE emite aproximadamente 8-12 kg de CO₂ por kg de fluoropolímero. Esto es 3-5 veces mayor que el acero inoxidable por kilogramo. Sin embargo, un intercambiador de calor de PTFE para la misma función normalmente pesa menos-quizás 20 kg para un serpentín de inmersión versus 50 kg para un equivalente de acero-porque el tubo tiene paredes delgadas y la estructura de soporte es más liviana. El carbono total incorporado de una sola unidad de PTFE es 160-240 kg de CO₂, más alto que el de una sola unidad de acero, pero en el mismo orden de magnitud.
La ventaja de carbono del PTFE no surge de la eficiencia por unidad-sino de la eliminación de múltiples unidades de reemplazo.
Tabla 1: Comparación de la huella de carbono durante el ciclo de vida de 15-años (servicio de 50 kW, servicio corrosivo)
| Fuente de carbono | Acero inoxidable (vida útil de 2,5 años) | PTFE (vida útil de 15 años) |
|---|---|---|
| Unidades fabricadas durante 15 años. | 6 | 1 |
| Carbono incorporado por unidad (kg CO₂) | 140-200 | 180-260 |
| Carbono total de fabricación (kg CO₂) | 840-1,200 | 180-260 |
| Transporte por reposición (kg CO₂) | 15-25 | 20-30 (una sola vez) |
| Carbono total del transporte (kg CO₂) | 90-150 | 20-30 |
| Energía de instalación/desmantelamiento por evento | Menor (trabajo manual dominante) | Menor (una-vez) |
| Eliminación por unidad (kg CO₂) | 30-50 (procesamiento de residuos peligrosos) | 10-15 (vertedero no peligroso) |
| Carbono total eliminado (kg CO₂) | 180-300 | 10-15 |
| Huella de carbono total de 15 años (kg CO₂) | 1,110-1,650 | 210-305 |
| Relación huella de carbono (Acero : PTFE) | 4-6 : 1 |
Estimaciones de carbono incorporadas basadas en datos de inventario del ciclo de vida-publicados para la producción de acero inoxidable y PTFE. El transporte supone 1.000 km en camión. La eliminación supone un tratamiento de residuos peligrosos para el metal y un vertedero no-peligroso para el PTFE.
Consideraciones operativas sobre el carbono
El carbono operativo procedente de la generación de vapor depende de la eficiencia del intercambiador de calor. Como se analiza en análisis relacionados, las bobinas metálicas pierden eficiencia con el tiempo debido a la incrustación y la corrosión, lo que requiere más vapor para el mismo trabajo térmico. El consumo adicional de combustible durante la degradante vida útil de la bobina añade carbono operativo.
Las bobinas de PTFE mantienen una eficiencia estable y consumen vapor constante durante toda su vida útil. La diferencia de carbono operativa favorece al PTFE, aunque la magnitud es menor que la diferencia de carbono incorporada de los reemplazos evitados.
El carbono de reemplazo evitado domina
El beneficio de carbono dominante del PTFE en esta comparación es la eliminación de cinco unidades de reemplazo y sus emisiones asociadas de fabricación, transporte y eliminación. Esta es una ventaja estructural de los equipos-de larga duración que ninguna mejora incremental en la eficiencia de la fabricación de acero puede igualar.
El análisis cuestiona la suposición de que los equipos metálicos son ambientalmente preferibles porque los metales son reciclables. Si bien el acero es reciclable, el proceso de reciclaje en sí mismo consume mucha energía-y la contaminación por corrosión en las bobinas de servicio químico a menudo impide el reciclaje, lo que obliga a eliminar desechos peligrosos.
Resumen
Un análisis-de la huella de carbono del ciclo de vida durante un período de 15-años muestra que un único intercambiador de calor de PTFE de larga duración produce entre un 75 % y un 85 % menos de carbono que varias unidades de acero de reemplazo en servicios químicos corrosivos. La ventaja de carbono incorporada proviene de la eliminación de las emisiones de fabricación, transporte y eliminación de 5 unidades de reemplazo.
El argumento de sostenibilidad del PTFE en entornos químicos agresivos se basa en la longevidad que reduce el rendimiento del material. La mayor intensidad de carbono por-kilogramo de la producción de fluoropolímeros está más que compensada por la eliminación de los ciclos de fabricación repetidos requeridos por alternativas de metales de menor-vida útil.
El análisis de ingeniería para la comparación de carbono del ciclo de vida-en aplicaciones específicas está disponible previa presentación de la frecuencia actual de reemplazo de equipos, las especificaciones de materiales, las distancias de transporte y la intensidad de carbono de las fuentes de energía.
