Como a eletrificação de processos industriais pode combater a mudança climática

No fim do século XIX, as fábricas começaram a adotar a eletrificação como forma de gerar economia de custos. Agora, mais de dois séculos depois, há um renascimento na eletrificação da indústria: desde terminais de transporte marítimo (link fora de ibm.com) em Nova Jersey até a produção de aço (link fora de ibm.com) na Nova Zelândia, as operações industriais estão adotando a eletrificação como nunca antes.

No entanto, o impulso de eletrificação atual não tem como objetivo somente economizar dinheiro, mas salvar o planeta.

A eletrificação é a conversão de um dispositivo, sistema ou processo que depende de fontes de energia não elétricas em outro alimentado por eletricidade. No contexto de iniciativas de sustentabilidade, as tecnologias de eletrificação utilizam eletricidade renovável, que é a energia elétrica proveniente de energia solar, energia eólica e outras fontes limpas e renováveis.

Dessa forma, a eletrificação tornou-se fundamental para apoiar a transição global para a energia renovável, uma faceta central do movimento para descarbonizar a economia, atingir emissões de carbono zero e mitigar as mudanças climáticas. Como observou o Institute for Business Value da IBM, "é necessária uma ação agressiva para descarbonizar", com a eletrificação em todos os setores, em particular, surgindo como um "imperativo crítico".

O setor industrial faz uso intensivo em energia, sendo responsável por 37% do uso global de energia. Seu consumo de energia vem com uma pegada de carbono considerável e crescente: as emissões industriais aumentaram 70% (link fora de ibm.com) nas últimas duas décadas, com as empresas industriais contribuindo com cerca de um quarto das emissões de carbono do mundo.

As emissões industriais são impulsionadas tanto pelo consumo de energia quanto pelo tipo de energia empregada. De acordo com a Agência Internacional de Energia (IEA), o consumo de energia industrial ainda é "dominado" pelos combustíveis fósseis. O carvão tem sido o combustível mais comum nas operações industriais e, em 2022, a participação total dos combustíveis fósseis (link fora de ibm.com) (incluindo gás natural e petróleo) na matriz energética do setor industrial foi de 67%. A redução das emissões exigirá uma transição para uma energia mais limpa e renovável nos processos industriais.

Chegada da eletrificação.

A eletrificação sustentável e bem-sucedida exige a substituição de meios de produção alimentados por combustíveis fósseis por tecnologias elétricas e equipamentos elétricos. Veja alguns exemplos:

Eletrificação do aquecimento de processos: o aquecimento de processos industriais é uma etapa fundamental na fabricação de tudo, desde materiais como aço e cimento até produtos de consumo, como eletrodomésticos e cosméticos. O aquecimento é responsável por uma proporção significativa do uso de energia no local, pois grande parte dele ocorre em altas temperaturas - 400°C(752°F) (link fora de ibm.com) ou mais. Como essas demandas de energia geralmente são atendidas por meio da combustão de combustíveis fósseis, o aquecimento de processos contribui com 30% (link fora de ibm.com) das emissões de gases de efeito estufa (GEE) provenientes das instalações de fabricação. A eletrificação oferece uma alternativa ecologicamente correta. O uso de tecnologias de aquecimento eletromagnético, caldeiras elétricas, fornos elétricos e bombas de calor industriais pode ajudar as indústrias a promover grandes reduções nas emissões de GEE. Na Nova Zelândia, por exemplo, a mudança de uma usina siderúrgica(link fora de ibm.com) para um forno elétrico a arco deverá reduzir as emissões em pelo menos 45%.

Motores elétricos: turbinas a gás e turbinas a vapor (alimentadas por combustíveis fósseis) acionam diversos tipos de máquinas giratórias, como ventiladores e compressores. Substituir essas turbinas por motores elétricos movidos a energia limpa pode reduzir as emissões em várias instalações industriais, incluindo estações de compressão de gasodutos de gás natural. (o gás natural é frequentemente considerado um "combustível-ponte" para complementar as fontes de energia renováveis.) As estações de compressão tradicionalmente utilizam turbinas a gás industriais, mas isso está mudando. Por exemplo, desde 2023, mais de 300 estações de compressão (link fora de ibm.com) na Europa dependem agora de motores elétricos.

Veículos elétricos: As emissões de GEE também são provenientes do uso intenso de veículos rodoviários e não rodoviários movidos a combustível fóssil, desde os caminhões que transportam materiais e mercadorias das cadeias de suprimentos até as empilhadeiras nas instalações de fabricação e nos portos. Mudar para veículos elétricos é outra maneira de reduzir significativamente as emissões nesses espaços. Por exemplo, em um terminal marítimo em Elizabeth, Nova Jersey, os operadores portuários estimam que uma nova iniciativa para implantar tratores terminais elétricos (link fora de ibm.com) evitará 1.100 toneladas de emissões de GEE anualmente por trator.

A instalação de sistemas elétricos de aquecimento e resfriamento, como bombas de calor, também é uma via para a descarbonização em instalações industriais. No entanto, há menos pesquisas (link fora de ibm.com) sobre essas iniciativas em comparação com pesquisas sobre a eletrificação de sistemas de aquecimento e resfriamento residenciais

Embora a redução em potencial das emissões de gases de efeito estufa seja um dos principais impulsionadores da eletrificação globalmente, os líderes empresariais tendem a manter outra motivação em mente: seus resultados.

De fato, a eletrificação pode gerar economia de custos no longo prazo para empresas industriais. Os equipamentos elétricos tendem a ter custos de manutenção mais baixos, proporcionando maior eficiência energética. Nos últimos anos, os preços da eletricidade e da eletricidade renovável também se compararam favoravelmente aos custos de energia de combustíveis fósseis, incluindo a geração de eletricidade baseada em combustíveis fósseis.

Além disso, a eletrificação pode beneficiar a saúde dos funcionários. Isso ocorre porque veículos e equipamentos elétricos não emitem poluentes atmosféricos prejudiciais. Substituir máquinas e veículos movidos a combustíveis fósseis por elétricos pode melhorar a qualidade do ar interna e externa, reduzindo a probabilidade de os funcionários sofrerem efeitos adversos na saúde.

A eletrificação também pode ajudar as empresas a atingirem suas metas de ESG e a obter a aprovação de interessados, como investidores e clientes, de modo que as iniciativas de eletrificação aparecem regularmente nos relatórios de sustentabilidade das empresas.

Apesar dos benefícios da eletrificação, há obstáculos à sua adoção. Dentre eles estão os altos custos iniciais. Embora a eletrificação economize dinheiro com o tempo, a substituição de sistemas baseados em combustíveis fósseis por sistemas elétricos pode ser cara e até mesmo proibitiva em termos de custo. Os incentivos do governo estão ajudando a tornar a eletrificação industrial mais acessível. Da Califórnia (link fora de ibm.com) até a Finlândia (link fora de ibm.com) e a Nova Zelândia (link fora de ibm.com), os legisladores subsidiaram os investimentos em eletrificação para indústrias de uso intensivo de energia. As maiores iniciativas incluem o plano europeu REPowerEU (link fora de ibm.com) e o investimento em descarbonização industrial do Departamento de Energia dos EUA (link fora de ibm.com).

A resiliência e a capacidade dos sistemas de energia atuais representam outro grande desafio. À medida que as indústrias eletrificam mais equipamentos e veículos, os aumentos resultantes na demanda de eletricidade podem sobrecarregar as redes elétricas. Vários programas governamentais em todo o mundo visam ajudar os operadores de rede a atualizar a infraestrutura e expandir a capacidade, mas de acordo com a análise da IEA (link fora de ibm.com), é necessário mais desenvolvimento de políticas.

Embora as melhorias na infraestrutura física sejam essenciais para reforçar os sistemas de energia em meio à crescente eletrificação, as soluções de software também podem desempenhar um papel fundamental. O IBM Environmental Intelligence Suite, por exemplo, capacita indústrias e fornecedores de energia a antecipar e se preparar para condições ambientais adversas, com recursos de previsão de interrupções, previsão de geração de energia renovável e muito mais.

Explore o IBM Environmental Intelligence Suite e saiba mais sobre as tendências de sustentabilidade abaixo.