Exploring industrial decarbonization pathways for the production of container glass bottles and jars in France by 2050
2024 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesis
Abstract [en]
Emissions from the French industrial sector are predominantly driven by nine specific, energy -intensive sub-sectors, collectively responsible for 65% of the total industrial emissions. Among these, the glass sector stands out, contributing 2.7 MtCO2eq in direct greenhouse gas emissions in 2019. This accounts for 3% of French industrial emissions and 0.6% of the total French emissions. Moreover, France is the second-largest glass producer in Europe. Therefore, the glass sector plays a crucial role in the larger effort to decarbonize the French industry, aligning with the National Low-Carbon Strategy target, or "Stratégie Nationale Bas-Carbone (SNBC)" in French, aiming for an 81% reduction in industrial emissions by 2050. However, the glass sector stands out for its remarkable diversity, with a wide variety of manufactured glass products, including bottles, jars, flat glass, glass fibers, glass wool, tableware, and special glasses which induce a wide range of characteristics in the production process.
Thus, there is a compelling need to focus on a specific segment within this diverse industry. This study specifically targets the sub-segment of glass bottles and jars, comprising 60% of the total glass production in France, as opposed to flat and special glass. Given that this sector represents the predominant share of glass production and glass emissions in the country and benefits from various decarbonization levers triggered by sectoral initiatives and European legislation, it could serve as a role model for decarbonization initiatives.
Hence, the objective of this study is to explore and analyze the impact of alternativede carbonization strategies on the future greenhouse gas (GHG) emissions of the French existing glass bottle and jar sub-segment from 2019 to 2050, considering actual production sites and aligning with the ambitious SNBC targets. Ultimately, the overarching aim is to provide assistance to industrialists, policymakers, and other stakeholders in France as they make informed decisions, particularly in identifying the steps needed to shape an effective decarbonization roadmap for the sector in the medium to long term, aligning with the ambitious SNBC targets.
Drawing on real site data from Glassglobal furnace database, comprehensive literature review and insightful interviews with industry professionals, this study follows a bottom-up approach, individually modeling real production sites for glass bottles and jars in France from 2019 to 2050. Additionally, roadmaps for various decarbonization levers, whether technological, material-oriented, or market driven, are implemented in two contrasting scenarios. Depending on the scenario narrative, different levels of activation are considered for each decarbonization lever. The Reuse, Eco-design, and Recycle (RER) scenario focuses on behavioral and mentality changes, while the second scenario is a techno-push scenario investing in Massive Electrification and other Technological Challenges (METC) like carbon capture and storage (CCS) technologies. The impact of each lever on the greenhouse gas (GHG) emissions trajectory of the French glass bottles and jars sub-segment is modeled in both scenarios, leading to economic, technical, and legislative conclusions and recommendations for glass manufacturers, energy suppliers, policymakers, and other stakeholders.
In both RER and METC scenarios, a significant and nearly similar reduction in Scope 1 and 2 GHG emissions of the French glass bottles and jars sector by 2050 is achieved, even though these scenarios have nearly opposite narratives and do not implement the same level of activation for each of the nine decarbonization levers. Specifically, the RER scenario achieves an 83% reduction, while the METC scenario achieves an 86% reduction compared to 2019 levels, both reaching and even exceeding the SNBC target. In the former, the emergence of a reusable market for glass bottles and jars has the higher decarbonization potential, while hybridization of furnaces is the main decarbonization lever in the latter one. Finally, these emissions transition pathways help identify the necessary steps from industrialists, policymakers, and other stakeholders to facilitate the decarbonization of the French glass bottles and jars sector while highlighting potential techno-economic barriers.
Abstract [sv]
Utsläpp från den franska industriella sektorn drivs främst av nio specifika, energiintensiva delsektorer, som tillsammans är ansvariga för 65% av de totala industriutsläppen. Bland dessa utmärker sig glassektorn, som bidrog med 2,7 MtCO2eq i direkta växthusgasutsläpp år 2019. Detta motsvarar 3% av de franska industriutsläppen och 0,6% av de totala franska utsläppen. Dessutom är Frankrike den näst största glasproducenten i Europa. Därför spelar glassektorn en avgörande roll i det större arbetet med att avkarbonisera den franska industrin, i linje med det nationella lågkolstrategimålet, eller "Stratégie Nationale Bas-Carbone (SNBC)" på franska, som siktar på en 81% minskning av industriutsläppen fram till 2050. Emellertid utmärker sig glassektorn för sin bemärkta mångfald, med en bred variation av tillverkade glasprodukter, inklusive flaskor, burkar, planglas, glasfiber, glasull, porslin och specialglas som inducerar ett brett spektrum av egenskaper i produktionsprocessen. Därför finns det ett starkt behov av att fokusera på ett specifikt segment inom denna mångsidiga bransch. Denna studie riktar sig specifikt mot delsegmentet av glasflaskor och burkar, som utgör 60% av den totala glastillverkningen i Frankrike, till skillnad från planglas och specialglas. Med tanke på att denna sektor representerar den dominerande delen av glastillverkningen och glasutsläppen i landet och gynnas av olika avkolningsmekanismer utlösta av sektorinitiativ och europeisk lagstiftning, kan den fungera som en förebild för avkolningsinitiativ.
Därmed är målet med denna studie att utforska och analysera effekten av alternativa avkolningsstrategier på framtida växthusgasutsläpp från den franska befintliga delen av glasflaskor och burkar från 2019 till 2050, med hänsyn till faktiska produktionsplatser och i linje med de ambitiösa SNBC-målen. Det övergripande syftet är att tillhandahålla hjälp till industriella företagare, beslutsfattare och andra intressenter i Frankrike när de fattar välinformerade beslut, särskilt genom att identifiera de åtgärder som behövs för att forma en effektiv avkarboniseringsstrategier för sektorn på medellång till lång sikt, i linje med de ambitiösa SNBC-målen.
Med utgångspunkt från verkliga data från Glassglobals ugnar databas, omfattande litteraturöversikt och insiktsfulla intervjuer med branschexperter, följer denna studie en bottom-up-ansats, där verkliga produktionsplatser för glasflaskor och burkar i Frankrike modelleras individuellt från 2019 till 2050. Dessutom implementeras roadmaps för olika avkarboniseringsmekanismer, vare sig det är teknologiskt, materialinriktat eller marknadsdrivet, i två kontrasterande scenarier. Beroende på scenariot berättelse övervägs olika nivåer av aktivering för varje avkarboniseringsmekanism. Scenariot för återanvändning, ekodesign och återvinning (RER) fokuserar på beteende- och mentalitetsförändringar, medan det andra scenariot är ett teknikdrivet scenario som investerar i massiv elektrifiering och andra tekniska utmaningar (METC) som kolinfångnings- och lagringstekniker (CCS). Effekten av varje mekanism på växthusgasutsläppens bana för den franska delen av glasflaskor och burkar modelleras i båda scenarierna, vilket leder till ekonomiska, tekniska och lagstiftande slutsatser och rekommendationer för glastillverkare, energileverantörer, beslutsfattare och andra intressenter.
I både RER- och METC-scenarierna uppnås en signifikant och nästan liknande minskning av omfattningen 1 och 2 av växthusgasutsläppen från den franska delen av glasflaskor och burkar till 2050, trots att dessa scenarier har nästan motsatta berättelser och inte implementerar samma aktiveringsnivå för var och en av de nio avkarboniseringsmekanismerna. Mer specifikt uppnår RER-scenariot en minskning på 83 %, medan METC-scenariot uppnår en minskning på 86 % jämfört med nivåerna från 2019, vilket båda når och till och med överstiger SNBC-målet. I det förra scenariot har uppkomsten av en återanvändbar marknad för glasflaskor och burkar den högre avkarboniseringspotentialen, medan hybridisering av ugnar är den huvudsakliga avkarboniseringsmekanismen i det senare. Slutligen hjälper dessa utsläppsövergångsbanor till att identifiera de nödvändiga stegen från industriella företagare, beslutsfattare och andra intressenter för att underlätta avkarboniseringen av den franska delen av glasflaskor och burkar samtidigt som de framhäver potentiella teknisk-ekonomiska hinder.
Place, publisher, year, edition, pages
2024. , p. 70
Series
TRITA-ITM-EX ; 2024:4
Keywords [en]
Container Glass, Bottles and jars, Climate change, Decarbonization scenarios, France
Keywords [sv]
Kontglas, Flaskor och burkar, Klimatförändring, Dekarboniseringscenarier, Frankrike
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-345252OAI: oai:DiVA.org:kth-345252DiVA, id: diva2:1850775
Subject / course
Energy Technology
Educational program
Master of Science in Engineering - Industrial Engineering and Management
Supervisors
Examiners
2024-07-312024-04-112024-04-11