交換にかかる炭素コスト
産業機器の持続可能性評価では、多くの場合、運用エネルギー効率に焦点が当てられます。これにより、使用中に排出される炭素は捕捉されますが、機器自体の製造、輸送、廃棄時に排出される炭素は見逃されます。頻繁に交換される機器の場合、製造時に発生する固着炭素が、効率の向上による運用上の二酸化炭素削減量を超える可能性があります。
腐食性化学用途におけるステンレス製熱交換器の寿命は 2 ～ 4 年です。 15 年のプラント寿命にわたって、4 ～ 7 台の交換ユニットが製造、出荷、設置、廃棄されます。各ユニットには、鉄鋼の生産、製造、輸送で発生した固化炭素が運ばれます。
同じサービスでの PTFE 熱交換器の寿命は 15+ 年です。 1台で製造、出荷、設置されます。最終的に 1 台は廃棄されます。単一の PTFE ユニットの固化炭素は、単一の鋼材ユニットよりも高い可能性があります-フルオロポリマーの生産はエネルギーを大量に消費します--。しかし、これは 4 ～ 7 個の鋼材ユニットとその交換物流の累積的な固化炭素と比較されます。
埋め込まれた炭素源
ステンレス鋼の生産では、リサイクルされた含有量と生産ルートに応じて、鋼材 1 kg あたり約 2.0-3.0 kg の CO₂ が排出されます。 50 kg の浸漬コイルは、材料中に 100-150 kg の CO₂ を運びます。製造 (切断、曲げ、溶接) により、材料の設置面積が 20 ～ 40% 増加します。メーカーから現場までの輸送では、重量と距離に比例して排出量が増加します。
PTFE の製造では、フルオロポリマー 1 kg あたり約 8-12 kg の CO₂ が排出されます。これは、1kgあたりステンレス鋼の3-5倍です。ただし、同じ用途の PTFE 熱交換器の重量は通常、{8}}鋼同等品では 50 kg であるのに対し、浸漬コイルではおそらく 20 kg です-。これは、チューブが薄肉で支持構造が軽いためです。単一の PTFE ユニットに含まれる総炭素量は、単一のスチール ユニットよりも 160 ～ 240 kg CO₂ 高くなりますが、その量は同程度です。
PTFE の炭素上の利点は、ユニットあたりの効率ではなく、複数の交換ユニットが不要になることから生まれます。{0}}
表 1: 15- 年のライフサイクル二酸化炭素排出量の比較 (50 kW 使用、腐食サービス)
| 炭素源 | ステンレス鋼 (寿命 2.5 年) | PTFE（寿命15年） |
|---|---|---|
| 15年以上製造されたユニット | 6 | 1 |
| 単位あたりの固化炭素 (kg CO₂) | 140-200 | 180-260 |
| 総製造炭素 (kg CO₂) | 840-1,200 | 180-260 |
| 交換ごとの輸送量 (kg CO₂) | 15-25 | 20-30 (1 回限り) |
| 総輸送炭素 (kg CO₂) | 90-150 | 20-30 |
| イベントごとの設置/廃止エネルギー | 未成年者（肉体労働者が多い） | マイナー（1 回） |
| ユニットあたりの廃棄量 (kg CO₂) | 30～50（有害廃棄物処理） | 10-15 (非危険埋め立て地) |
| 総処分炭素 (kg CO₂) | 180-300 | 10-15 |
| 15 年間の総二酸化炭素排出量 (kg CO₂) | 1,110-1,650 | 210-305 |
| 二酸化炭素排出量比率（鉄鋼：PTFE） | 4-6 : 1 |
ステンレス鋼と PTFE の生産に関する公表されたライフサイクル インベントリ データに基づいて具体化された炭素推定値。{0}輸送はトラックで1,000kmを想定。廃棄は、金属の場合は有害廃棄物処理、PTFE の場合は無害な埋め立て処理を想定しています。-
運用上の炭素に関する考慮事項
蒸気生成による稼働炭素量は、熱交換器の効率に依存します。関連する分析で説明したように、金属コイルはスケーリングや腐食により時間の経過とともに効率が低下し、同じ熱量に対してより多くの蒸気が必要になります。コイルの劣化する耐用年数を超えて追加の燃料消費が発生すると、運用上の炭素が増加します。
PTFE コイルは安定した効率を維持し、耐用年数を通じて一貫した蒸気を消費します。運用上の炭素の差は PTFE に有利ですが、その規模は回避された交換による具体的な炭素の差よりも小さいです。
回避された置換炭素が支配的
この比較における PTFE の主な炭素上の利点は、5 つの交換ユニットと、それに関連する製造、輸送、および廃棄時の排出が削減されることです。これは、鉄鋼製造効率の漸進的な改善では匹敵することのできない長寿命装置の構造上の利点です。-
この分析は、金属はリサイクル可能であるため、金属製の機器が環境的に好ましいという仮定に疑問を投げかけます。鋼はリサイクル可能ですが、リサイクルプロセス自体はエネルギーを大量に消費し、化学サービス用コイルの腐食汚染によりリサイクルが不可能になることが多く、代わりに有害廃棄物の処分を余儀なくされます。-
まとめ
15- 年間にわたるライフサイクルの二酸化炭素排出量分析では、腐食性化学サービスにおいて、単一の長寿命 PTFE 熱交換器が複数の交換用鋼製ユニットよりも炭素生成量が 75～85% 少ないことが示されています。カーボンの利点は、交換用ユニット 5 台の製造、輸送、廃棄の排出を排除することで実現されます。
攻撃的な化学環境における PTFE の持続可能性のケースは、寿命が長くなると材料のスループットが低下することに基づいています。フルオロポリマー生産におけるキログラム当たりの炭素強度の高さは、より短い寿命の金属代替品で必要とされる繰り返しの製造サイクルの排除によって十分に相殺されます。-
現在の機器の交換頻度、材料仕様、輸送距離、エネルギー源の炭素強度を提出すると、特定の用途におけるライフサイクル炭素比較のための工学分析が可能になります。{0}
