Green electrification can unlock clean energy gains for Indian industries

Eletrificante Térmico Processos com Renováveis ​​é uma escolha natural para a Indústria Indiana para Straving seu pé de carbono. Setor de uso final na Índia, emitindo 920 milhões de toneladas de CO2 anualmente. Somente as indústrias de aço e cimento contribuem com 18% do total de emissões da Índia. Com a legislação do mecanismo de ajuste de fronteira de carbono da UE (CBAM), há um foco crescente em descarbonizar o uso de energia industrial. Compreender a natureza "difícil de aumentar" das indústrias e explorar as opções disponíveis é crucial para iniciar a descarbonização. A longo prazo (para 2050), as indústrias devem adotar a eletrificação avançada e as tecnologias de potência para combustível para descarbonizar rapidamente suas operações intensivas em emissões. A eletrificação verde alterará significativamente os padrões de consumo de energia nessas indústrias, exigindo planejamento estratégico para garantir que as demandas futuras de energia sejam atendidas com eficiência. Consumo

Industries are the largest energy end-use sector in India, emitting 920 million tonnes of CO2 annually. The steel and cement industries alone contribute 18% of India’s total emissions. With the EU’s Carbon Border Adjustment Mechanism (CBAM) legislation, there is increasing focus on decarbonising industrial energy use. Understanding the ‘hard-to-abate’ nature of industries and exploring available options is crucial for initiating decarbonisation.

In the near term (to 2030), transitioning from fossil fuel-based electricity to renewable energy sources (RES) is crucial to meet current power needs sustainably. In the long term (to 2050), industries must adopt advanced electrification and power-to-fuel technologies to rapidly decarbonise their emission-intensive operations. Green electrification will significantly change energy consumption patterns in these industries, requiring strategic planning to ensure future energy demands are met efficiently.

11% do consumo total de energia nas emissões da Índia Indústrias intensivas intensivas são atendidas hoje por eletricidade, que pode ser proveniente de res. Para a descarbonização industrial. emissões. Os setores de aço, cimento, petroquímicos, alumínio e amônia, juntos, referidos como 'indústrias pesadas' neste relatório (distintas das indústrias de engenharia pesada da Índia), não são apenas consideradas como os materiais que formam o

A primer on heavy industries

While policymakers generally agree on technologies for electricity supply and transportation – like renewables, batteries and electric vehicles – there is less consensus on the technologies needed for industrial decarbonisation.This debate has gained traction in recent years, particularly with the introduction of the EU’s Carbon Border Adjustment Mechanism (CBAM) legislation. However, the actual transformation at the enterprise level has been gradually taking shape.

This analysis specifically focuses on five emission-intensive heavy industries that are significant contributors to India’s CO2 emissions. The sectors of steel, cement, petrochemicals, aluminium and ammonia, together referred to as the ‘heavy industries’ in this report (distinct from India’s heavy engineering industries), are not only considered as the materials that form the  Pillares da civilização moderna, mas também são os principais industriais. A dependência da Índia desses setores só aumentará com os crescentes níveis de renda e o desenvolvimento de infraestrutura nas próximas décadas. A descarbonização dessas indústrias exigirá a adoção de várias tecnologias cruzadas e inovações radicais específicas do setor. descarbonização. As emissões diretas do setor industrial na Índia, conhecidas como emissões de escopo 1, foram estimadas em ser 

The mentioned industries are considered hard-to-abate due to certain specific techno-economic characteristics.To develop effective strategies for their low-carbon transformation, it’s essential to understand these characteristics in the context of decarbonisation.

Mapping the emission inventory

The fuel mix of an industrial sector significantly impacts the emissions it produces. Direct emissions from the industrial sector in India, known as scope 1 emissions, were estimated to be  560 mt CO2 Em 2021. As indústrias também consomem a maior eletricidade (41%) em comparação com outros setores econômicos como doméstico, comercial e agricultura. Isso eleva o total de emissões do setor industrial para cerca de 920 MT CO2. A indústria siderúrgica (300 MT, 33%) e a indústria de cimento (230 mt, 25%) são os maiores contribuintes para essas emissões, principalmente devido às suas escalas de produção substanciais. Além do CO2, esses processos emitem outros gases de efeito estufa, como NOX, SOX e material particulado, que são prejudiciais à saúde e ao meio ambiente. A energia necessária para produzir uma unidade de um produto é chamada de

The indirect emissions, known as scope 2 emissions, from purchased electricity are estimated to be 360 Mt CO2. This brings the total emissions from the industrial sector to about 920 Mt CO2. The steel industry (300 Mt, 33%) and cement industry (230 Mt, 25%) are the largest contributors to these emissions, primarily due to their substantial production scales. Besides CO2, these processes emit other greenhouse gases like NOx, SOx, and particulate matter, which are harmful to health and the environment.

Electricity use in heavy industries

Industries have traditionally relied on fossil fuels and electricity for their heat and power needs. The energy required to produce one unit of a product is referred to as the Consumo de energia específico (s). A SEC pode ser dividida em energia térmica específica e energia elétrica específica. A energia térmica, derivada principalmente de combustíveis fósseis como o carvão na Índia, é usada para processos de aquecimento direto. Energia elétrica, proveniente de usinas de energia em cativeiro ou da grade, alimenta máquinas e equipamentos. Uma parcela significativa do consumo de energia pode ser descarbonizada imediatamente usando renováveis, se houver incentivos e regulamentos apropriados. O uso de eletricidade varia amplamente entre as indústrias. Por exemplo, a eletricidade representou 80%do consumo total de energia no setor de alumínio, significativamente maior em comparação com o cimento (10%), petroquímico (10%), aço (8,5%) e amônia (4,8%). Notavelmente, os setores de cimento e aço têm maior consumo total de energia devido ao seu grande volume de produção. 

Some industries consume more electricity per tonne of product than others, making them “low-hanging fruits” for decarbonisation. A significant portion of their energy consumption can be decarbonised immediately using renewables if appropriate incentives and regulations are in place.

In 2022, 11% of the energy consumption in India’s heavy industries was met through electricity, with the remaining 89% reliant on fossil fuel-based thermal energy, making these sectors difficult to decarbonise. Electricity usage varies widely across industries. For instance, electricity accounted for 80% of the total energy consumption in the aluminium sector, significantly higher compared to cement (10%), petrochemical (10%), steel (8.5%) and ammonia (4.8%). Notably, the cement and steel sectors have higher total energy consumption due to their large production volumes. 

Meeting electricity demand with renewable energy sources

Ao atender a toda a demanda de eletricidade 2030 das indústrias pesadas da Índia até 2030 com res, uma redução substancial nas emissões é alcançável em cada setor. Isso é imperativo não apenas para iniciativas climáticas voluntárias, mas também para se alinhar com padrões de emissão cada vez mais rigorosos em Regional, National e= Global || * 1000 tiers for Indian industries.

Meeting India’s heavy industries’ electricity demand with RES requires approximately 120 GW of RES capacity by 2030.This means adding an average of 20 GW annually specifically to meet industrial energy needs. Most of this demand will come from the steel (48 GW), aluminium (35 GW) and cement (26 GW) sectors considering the expected electricity demand growth.

Switching to RES for electricity can help meet the rising demand in heavy industries and reduce the burden of high electricity prices driven by cross-subsidies. This is particularly advantageous with new schemes promoting open access to green energy and the temporary waiver of interstate transmission charges.

Transitioning to RES for electricity in India’s heavy industries could avoid approximately 180 million tonnes (Mt) of CO2 emissions by 2030, resulting in a 17% reduction in the projected 2030 CO2 emissions from these industries.

The aluminium and petrochemical sectors could see significant reductions, with RES-based electricity potentially cutting 65% (53Mt) and 50% (9Mt) of their respective 2030 CO2 emissions. In absolute terms, steel emissions have the most emissions reduction potential, as arc furnace facilities powered by renewables have the potential to help avoid around 15% (73 Mt) of 2030 steel emissions. While this may seem modest relative to the total steel sector emissions, it constitutes a substantial absolute reduction compared to other heavy industries.

Types of electrification for industries

Semelhante aos esforços de eletrificação em andamento nos setores de transporte e aquecimento residencial, atualmente há um esforço significativo para mudar alguns dos processos térmicos para a eletricidade e alimentá -los com res. A lógica é utilizar renováveis ​​e reduzir a dependência de combustíveis fósseis. No entanto, a diversidade do setor industrial requer um conjunto abrangente de tecnologias para uma transição eficaz. Consequentemente, a estratégia de eletrificação para o setor industrial precisa ser faseada, direcionando os setores específicos em tempo hábil, à medida que as tecnologias necessárias amadurecem e se tornam viáveis. Em geral, existem Duas estratégias -chave para eletrificar os processos industriais dominantes: Electrificação direta e Electrificação indireta. processos. O objetivo principal da eletrificação em larga escala é obter toda essa eletricidade da RES, tornando-a uma das maneiras mais promissoras de descarbonizar as necessidades de aquecimento industrial. Alguns dos métodos de eletrificação direta incluem aquecimento de resistência, aquecimento de arco, aquecimento de indução, aquecimento dielétrico e eletrólise. Ao contrário do aquecimento convencional de convecção, as tecnologias eletro-térmicas podem atingir com precisão áreas específicas sem aquecer o material circundante. No entanto, sua viabilidade comercial generalizada foi limitada pela acessibilidade de combustíveis fósseis baratos.

Direct electrification

Direct electrification involves replacing fossil fuel based thermal processes with electricity based heating processes. The primary goal of large-scale electrification is to source all this electricity from RES, making it one of the most promising ways to decarbonise industrial heating needs. Some of the direct electrification methods include resistance heating, arc heating, induction heating, dielectric heating and electrolysis.

Direct electrification technologies can be highly efficient, offering a more controlled heating process compared to traditional fuel-based methods. Unlike conventional convection heating, electro-thermal technologies can precisely target specific areas without heating the surrounding material. However, their widespread commercial viability has been limited by the affordability of cheap fossil fuels.

Métodos de eletrificação direta

• Aquecimento de resistência: O calor é gerado pela passagem por corrente através de uma resistência. Princípios de indução eletromagnética. Power-to-combina (P2X), envolve a eletrólise da água para produzir hidrogênio e seus derivados. Essa abordagem pode complementar a eletrificação direta em todos os setores de uso final, principalmente quando a eletrificação direta é desafiadora. Certos setores industriais, como refino e amônia, atualmente usam hidrogênio cinza derivado da reforma do gás natural. A descarbonização desses setores, substituindo o hidrogênio baseado em fósseis por hidrogênio verde baseado em eletrólise, é um alvo estratégico. 
• Arc heating: Achieved by initiating an arc between current-carrying electrodes.
• Induction heating: Utilises electromagnetic induction principles.
• Dielectric heating: Uses high-frequency electromagnetic fields.
• Electrolysis: Uses electricity to purify and extract metals

Indirect electrification

Indirect electrification, often referred to as power-to-fuel (P2X), involves the electrolysis of water to produce hydrogen and its derivatives. This approach can complement direct electrification in all end-use sectors, particularly where direct electrification is challenging. Certain industrial sectors, such as refining and ammonia, currently use grey hydrogen derived from the reformation of natural gas. Decarbonising these sectors by replacing fossil-based hydrogen with electrolysis-based green hydrogen is a strategic target. 

hidrogênio e seus derivados como amônia podem ser usados ​​como portadores de energia e para armazenamento de energia. Além disso, o hidrogênio pode Fornecer flexibilidade para a grade equilibrando a penetração de renováveis. À medida que a produção de hidrogênio aumenta e os preços diminuem, sua aplicação pode se expandir para outros setores, como o aço. O Escada de hidrogênio, um trabalho em andamento para o desenvolvimento de uma ordem prioritária para uso de hidrogênio, ajuda a alocar hidrogênio a vários setores com base na adequação do caso de uso. Uma parte importante do custo nivelado do hidrogênio, cerca de

However, the use of electrolysis-based hydrogen is presently limited by the high costs associated with its production and the necessary infrastructure for storage and distribution. A major portion of the levelized cost of hydrogen, about 30-60%, é devido ao custo da eletricidade, com o custo restante principalmente devido a eletrolisadores. Portanto, o custo futuro diminui tanto em energia renovável quanto em eletrolisadores será crucial para reduzir o custo geral do hidrogênio. Eles devem ser complementados por uma variedade de tecnologias de eletrificação que ainda estão se tornando viáveis ​​a partir de 2024. Diferentes setores industriais estão explorando várias tecnologias de eletrificação direta e indireta para eletrificar seus processos térmicos. No entanto, essas tecnologias estão em

Industrial electrification to 2050

It’s clear that RES technologies alone are insufficient for industries to achieve decarbonisation. They must be complemented by a range of electrification technologies that are still becoming viable as of 2024. Different industrial sectors are exploring various direct and indirect electrification technologies to electrify their thermal processes. However, these technologies are at Níveis de prontidão de tecnologia diferentes (TRL, em uma escala de 1-11) com base em sua maturidade. A figura abaixo apresenta uma visão geral das principais tecnologias de eletrificação para vários setores, juntamente com o TRL atual. Mais detalhes sobre estudos de pilotagem e compromissos corporativos na Índia relacionados a essas novas tecnologias podem ser encontrados na folha de dados. Várias iniciativas de pilotagem estão planejadas para indústrias pesadas, como

Methodology

The methodology section is organised into three subsections, each detailing the data analysis and modelling strategy employed for the chapters of the report. These chapters are constructed sequentially to build upon each other, ensuring a comprehensive approach of understanding industrial electrification. The primary industrial sectors examined in this report include major emitters such as steel, cement, aluminium, ammonia and petrochemicals.

• CAPÍTULO 1: O estado de jogo

O consumo de energia específico (SEC) é definido como a energia consumida na fabricação de uma unidade de produto, normalmente representada em gigajoules por tonelada (GJ/t). A SEC é calculada e relatada como A Gate-a-Gate Métrica por indústrias, abrangendo todas as formas de energia que entram na instalação industrial. O Departamento de Eficiência Energética (ABEL), que implementa regulamentos de conservação de energia para indústrias, publica relatórios de auditoria energética para vários setores. Existem vários relatórios para diferentes setores com base em auditorias de energia realizadas pela Bee, podem ser encontradas para Steel, cimento e alumínio Além disso, com base no uso do uso de combustível fóssil para aquecimento térmico e uso de eletricidade para processos elétricos em diferentes setores, a SEC é dividida em consumo térmico específico e consumo elétrico específico. Essa bifurcação fornece informações sobre os padrões de consumo de energia em diferentes setores e a proporção de eletricidade dentro do mix geral de energia. Além das emissões da combustão de combustíveis fósseis ou geração de eletricidade à base de carvão, muitas indústrias têm emissões de processo significativas here for example. Further, based on the use of fossil fuel use for thermal heating and electricity use for electrically powered processes within different sectors, the SEC is further divided into specific thermal consumption and specific electrical consumption. This bifurcation provides insights into the energy consumption patterns in different sectors and the proportion of electricity within the overall energy mix.

The average emission intensity of an industrial sector is defined as the carbon dioxide emitted during the manufacturing of a unit of product. Beyond emissions from fossil fuel combustion or coal-based electricity generation, many industries have significant process emissions, por exemplo, cimento, devido à química básica das reações. Além disso, setores como aço têm intensidades variadas de emissão, dependendo de sua rota de produção. O fator médio de intensidade da emissão de grade é assumido como 0,716 TCO2/MWH quando as emissões do consumo de eletricidade são explicitamente consideradas. Os dados de intensidade de emissão para diferentes setores são compilados a partir de relatórios e literatura acadêmica devido à falta de estimativas padronizadas relatadas por uma agência governamental. Isso é usado para calcular as emissões para vários setores industriais. O crescimento para cada setor é harmonizado com o governo

• Chapter 2: Near-term outlook (2030)

The near-term outlook, extending up to 2030, examines the projected growth in electricity demand from heavy industries. The growth for each sector is harmonised with the government’s Previsões de crescimento mais recentes do PIB até 2030. Por exemplo, o crescimento do setor de aço é guiado pela indústria de 1396 = 1396 National Steel Policy, 2017, which outlines the share of different production routes by 2030. Similarly, the government mandates the cement industry to Promova o uso de cinzas volantes e escória para garantir a circularidade. Essas considerações são meticulosamente integradas ao determinar a participação de diferentes rotas de produção nesses setores. Consequentemente, o consumo de energia de combustível e eletricidade aumenta no alinhamento com o crescimento setorial. Essa abordagem fornece uma projeção abrangente da demanda de eletricidade para cada setor até 2030. Além disso, as emissões de diferentes setores até 2030 são calculadas usando os valores médios de intensidade de emissão estimados no Capítulo 1.

A cenário de descarbonização a curto prazo se concentra no alojamento de consumo industrial industrial, usando a eletricidade renovável. Esse exercício de modelagem gera duas descobertas importantes. Primeiro, estima o crescimento necessário na capacidade de energia renovável para atender totalmente à demanda de eletricidade do setor, calculada usando o fator de utilização da capacidade com base nas 14º Plano Nacional de Eletricidade Projeções. Segundo, ele calcula as reduções de emissões alcançáveis, substituindo a eletricidade baseada em combustível fóssil por renováveis ​​para cada setor. A intensidade da emissão assumida para a grade é 0,716 toneladas CO2/MWH, com base nas últimas estimativas da Autoridade Central de Eletricidade. Nesse cenário, as emissões de eletricidade comprada em grade seriam eliminadas se a eletricidade for proveniente de res. Examinamos

• Chapter 3: Long-term outlook (2050)

The long-term outlook explores the potential for electrification in each sector considered in this report. We examine Dois tipos primários de eletrificação para construir um cenário para potencial eletrificação nos setores industriais. O primeiro é a eletrificação direta, que inclui tecnologias como fornos eletrificados e fornos. Essas tecnologias de eletrificação direta específicas do setor estão em níveis variáveis ​​de prontidão e prevê-se que sejam integrados aos processos industriais antes de 2050. As suposições sobre o ano esperado de comercialização e a parcela projetada da produção total dessas tecnologias de eletrificação direta são completamente detalhadas na tabela de tecnologias.

O outro tipo de eletrificação, conhecido como eletrificação indireta, envolve o uso de energia para gerar combustível, principalmente através da eletrólise para produzir hidrogênio. A produção de hidrogênio nas perspectivas de longo prazo se alinha às metas da política de hidrogênio verde do governo e se estende linearmente além disso até 2050. No modelo, a produção de hidrogênio baseada em eletrólise é tratada como uma tecnologia limitadora devido às incertezas em torno de sua escalabilidade. O hidrogênio produzido é alocado para diferentes setores com base em uma estratégia lógica que prioriza os casos de uso mais viáveis, seguindo o conceito Hidrogênio conceito. Essa estratégia de alocação garante que, de acordo com as metas do governo e a extensão linear, o setor de amônia comece usando hidrogênio até 2025, e o setor de aço começa a incorporar hidrogênio até 2040. Dado o volume projetado da produção de hidrogênio, os únicos dois setores para utilizar o hidrogênio até 2050, de acordo com a análise. Eletrificação direta e indireta. Essa mudança é estimada analisando a mudança de mix de energia para as indústrias à medida que elas passam para a eletrificação, em comparação com uma abordagem comercial como costume. A lógica por trás da eletrificação é seu papel como precursor da descarbonização. Ao aumentar a participação da eletricidade no mix de energia ao longo do tempo, fica mais fácil fornecer essa eletricidade a renováveis, que já são tecnologias estabelecidas e viáveis. Consequentemente, como uma próxima etapa seqüencial, a quantidade de energia renovável exigida até 2050 é calculada para atender às demandas de eletricidade das indústrias nesse cenário.

Under the scenario for potential electrification, the share of electricity is expected to increase due to both direct and indirect electrification. This shift is estimated by analysing the changing energy mix for industries as they transition towards electrification, compared to a business-as-usual approach. The rationale behind electrification is its role as a precursor to decarbonisation. By increasing the share of electricity in the energy mix over time, it becomes easier to supply this electricity with renewables, which are already established and viable technologies. Consequently, as a sequential next step, the amount of renewable energy required by 2050 is calculated to meet the electricity demands of industries under this scenario.

Mais detalhes sobre suposições, métodos e tecnologias podem ser encontrados na folha de dados.