تنقية "المعدن المعجزة": كيفية إزالة الكربون من الألومنيوم

وصف الألمنيوم بأنه "معجزة معدنية ". في حين أنه المعدن الأكثر وفرة في القشرة الأرضية ، فإن التعقيدات التي ينطوي عليها تكريره جعلت الألمنيوم أغلى من الفضة أو الذهب خلال القرن التاسع عشر. لقد قدر نابليون الثالث ذلك لدرجة أنه سيخدم ضيوفه الأكثر تكريمًا طعامهم على أطباق من الألومنيوم. لا تزال مادة عالية القيمة اليوم ، وتقدر قيمتها بتنوع وزنها الخفيف ، وقوتها العسكرية ، ومقاومتها للتآكل ولأنها قابلة لإعادة التدوير بلا حدود.

إذن ، ما الذي لا يعجبك؟ حسنًا ، سلسلة العمليات كثيفة الاستهلاك للطاقة والتي تحول خام البوكسيت الخام إلى معدن نقي تنبعث في المتوسط 16 طنًا متريًا من ثاني أكسيد الكربون لكل طن متري من الألومنيوم الأساسي أنتجت. القطاع ككل يولد حولها 1.1 مليار طن متري من ثاني أكسيد الكربون كل عام ، وهو ما يمثل 2 في المائة من الانبعاثات العالمية من صنع الإنسان. أكثر من 60 في المائة من هذه الانبعاثات تأتي من إنتاج الكهرباء المستهلكة أثناء عملية الصهر.

علاوة على ذلك ، من المتوقع أن يؤدي الطلب على المعدن المعجزة - مدفوعًا بصناعات مثل النقل والبناء والتعبئة وقطاع الكهرباء - بنسبة تقارب 40٪ بحلول عام 2030. ومن المتوقع أن يأتي ثلثا هذا النمو من الصين وآسيا ، وهو مصدر قلق بالنظر إلى أن عملية الصهر في الصين تعتمد بشكل كبير على محطات الطاقة الأسيرة التي تعمل بالفحم. بدون التقدم في إعادة التدوير وإزالة الكربون ، فإن يمكن أن تتجه انبعاثات القطاع نحو ملياري طن متري بحلول عام 2.

هدف صعب من تحالف المحركون الأولون

تمتلك حفنة من التقنيات الجديدة القدرة على تنظيف الألمنيوم ، ولكن الأكثر طموحًا فقط هو الذي يلبي الهدف الصعب لـ تحالف المحركون الأول للمنتدى الاقتصادي العالمي (FMC) ، وهي مبادرة عالمية لتسخير القوة الشرائية للشركات لإزالة الكربون من الصناعات الأكثر انبعاثًا للكربون. التزم أعضاء مجلس الاتحاد الدولي للسيارات بهدف أن يتم إنتاج ما لا يقل عن 10 في المائة من الألومنيوم الأساسي الذي يشترونه سنويًا بحلول عام 2030 من خلال عمليات انبعاثات تقترب من الصفر. تعريف "بالقرب من الصفر" هو الجزء الصعب: حيث ينبعث أقل من ثلاثة أطنان مترية من ثاني أكسيد الكربون لكل طن متري من الألومنيوم الأساسي. وهذا يمثل انخفاضًا كبيرًا في الانبعاثات الحالية بنسبة 2 بالمائة أو أكثر.

لفهم كيفية تحقيق هذا الإزالة العميقة للكربون ، نحتاج إلى جولة سريعة في عملية تصنيع الألمنيوم. البوكسيت هو المادة الخام - يتم استخراجه من الأرض وتنقيته إلى أكسيد الألومنيوم ، أو "الألومينا" ، من خلال عملية متعددة المراحل تتضمن تسخينه إلى حوالي 1,000 درجة مئوية. لتحقيق هذه الحرارة ، تحرق العديد من المصافي الوقود الأحفوري في الموقع ، والذي ينبعث منه كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون في هذه العملية. العملية الثانية ، المعروفة باسم الصهر ، تحول الألومينا إلى معدن ألومنيوم نقي من خلال التحليل الكهربائي ، والذي يستخدم الكثير من الكهرباء والأنودات الكربونية التي تنبعث منها أيضًا كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون.

ستقودنا الأشكال الحالية للطاقة المتجددة - مثل الطاقة المائية أو الشمسية - إلى حوالي ثلثي الطريق إلى الألومنيوم بدون انبعاثات.

النبأ السار هو أن الأشكال الحالية للطاقة المتجددة - مثل الطاقة المائية أو الشمسية - ستوصلنا إلى حوالي ثلثي الطريق إلى الألومنيوم بدون انبعاثات. يمكننا استخدام الطاقة النظيفة للغلايات المكهربة والمكلسات الجديدة المشاركة في تكرير خام البوكسيت وتحويله إلى ألومينا - وأيضًا في عملية الصهر التي تتطلب كثافة كهربائية. لكن هذا يمكن أن يكون مكلفًا على المدى القصير. وهذا يعني نقل المحطات إلى مواقع تتمتع بإمكانية الوصول إلى الطاقة المتجددة وتعديل المصافي لتركيب المعدات الجديدة.

يمكن لبعض التقنيات الجديدة الناشئة - التي يمكن تنفيذها في مصانع الألمنيوم الحالية - أن تساعد في تضييق الفجوة نحو الألومنيوم عديم الانبعاثات. يمكن إزالة الكربون من عملية الصهر بالكامل عن طريق استبدال أنودات الكربون تلك بأنودات خاملة تنبعث منها الأكسجين بدلاً من ثاني أكسيد الكربون. تتيح عملية تعرف باسم "إعادة ضغط البخار الميكانيكي" إعادة تدوير الطاقة الحرارية اللازمة للتكرير بدلاً من إطلاقها. وبالنسبة للانبعاثات المتبقية ، هناك تقنيات مثل التقاط الكربون واستخدامه وتخزينه (CCUS) لاعتراض الانبعاثات من كل من عمليات التكرير والصهر. عندما يتم استخدام عدد قليل من هذه التقنيات المتقدمة جنبًا إلى جنب ، يمكنهم الحصول على عملية إنتاج الألمنيوم بأكملها أقل من عتبة 2 أطنان مترية من ثاني أكسيد الكربون لكل طن متري من الألومنيوم الأساسي.

على عكس معظم القطاعات الأخرى في FMC ، يمكن أن تلعب إعادة التدوير دورًا كبيرًا في الرحلة نحو إزالة الكربون من قطاع الألمنيوم ، خاصة وأن المعدن يعتبر قابلاً لإعادة التدوير بلا حدود. تستهلك إعادة التدوير حوالي 5 بالمائة من الطاقة اللازمة لصنع ألومنيوم جديد، لذلك فهي منطقية من الناحية التجارية والبيئية. إعادة صهر الألمنيوم منتشر على نطاق واسع اليوم مع أكثر من 30 مليون طن متري من الألمنيوم المعاد تدويره العودة إلى المنتجات الجديدة سنويًا. يمكن أن يساهم أيضًا في انتقال عادل ، حيث يوفر الجمع والفرز وإعادة التدوير إمكانية خلق وظائف جديدة مع تقليل استخراج الموارد الطبيعية اللازمة لدعم إنتاج الألمنيوم الأساسي.

وبناءً على ذلك ، حدد مجلس إدارة الاتحاد هدفًا إضافيًا لأعضائه لضمان إعادة تدوير ما لا يقل عن 50 في المائة من الألومنيوم الذي يستخدمونه سنويًا بحلول عام 2030. ومع ذلك ، فإن إعادة التدوير وحدها لن تكون كافية للتخلص من العطش العالمي المتزايد للمعدن - في الواقع ، ستوفر فقط نصف الطلب المتوقع بحلول عام 2050 ، وفقًا لـ 1.5 درجة مئوية استراتيجية انتقالية متوائمة نشرتها Mission Possible Partnership. لذا فإن الحصول على إنتاج الألمنيوم الأولي بالقرب من الصفر قدر الإمكان يظل أولوية قصوى.

الحل التكنولوجي موجود. الآن لتحقيق ذلك

في حين أن تقنيات إزالة الكربون من إنتاج الألمنيوم قد تكون موجودة في أشكال أولية ، مثل جميع التقنيات الجديدة التي لم تصل بعد إلى الحجم ، فهي باهظة الثمن. يمثل تسويقها تحديًا - وليس التكلفة فقط ؛ سلسلة قيمة الألمنيوم معقدة وممتدة.

خذ علبة بيرة ، على سبيل المثال ، والتي عادة ما تكون مصنوعة من أكثر من 50 في المائة من الألمنيوم المعاد تدويره ولكنها لا تزال تتطلب الألومنيوم الأساسي. تقوم أولاً بتعدين البوكسيت ، ثم تنقيحه إلى ألومينا. غالبًا ما يذهب إلى مكان آخر ليتم صهره إلى ألومنيوم نقي. ثم تتم معالجة المعدن إلى أقراص أو ملفات ، تشتريها الشركات التي تثقبها في علب ، وتباع لشركات المشروبات وتعبئتها ، وتوزع على تجار التجزئة ، وعندها فقط تصل إلى المستهلك. تتفاقم سلسلة التوريد الطويلة هذه بسبب حجم المشترين. في حين أن للصلب والخرسانة "مشترو مرساة" كبار ، مثل مصنعي السيارات أو وكالات المشتريات الحكومية ، يتم شراء الألمنيوم بكميات صغيرة من قبل الكثير من اللاعبين. ويجب أن يكون جميع اللاعبين المعنيين - من شركة المناجم إلى تاجر التجزئة للمشروبات - متوائمًا لمشاركة الهدف وتكلفة إزالة الكربون.

شركة الكرة، وهي شركة كبرى لتصنيع عبوات الألمنيوم وعضو في FMC ، اتخذت الخطوة الأولى نحو التوافق مع شركائها في سلسلة القيمة. تعاونت الشركة مع موردي الألمنيوم وزملائها من أعضاء FMC Novelis و Rio Tinto لإنشاء علبة مشروب منخفض الكربون مميزة بعلامة خاصة في كندا لبيرة كورونا. العلبة مصنوعة جزئيًا من الألمنيوم المعاد تدويره جنبًا إلى جنب مع الألمنيوم الأولي شبه الصفري المكرر بالطاقة الكهرومائية وصهره باستخدام تكنولوجيا الأنود الخامل الخالية من غازات الاحتباس الحراري تسمى Elysis. أصبح هذا الاختراق ممكنًا بفضل تعاون غير مسبوق بين عملاقين متنافسين في صناعة الألمنيوم - Alcoa و Rio Tinto - جنبًا إلى جنب مع 13 مليون دولار (CAD) من الاستثمار والدعم الفني من Apple ، بالإضافة إلى استثمار إضافي قدره 80 مليون دولار (CAD) لكل من كندا وحكومات كيبيك. لا يزال Elysis في مرحلة النموذج الأولي ، لكن الفريق يهدف إلى إتاحة التكنولوجيا تجاريًا بحلول عام 2024.

تعد محاذاة سلسلة القيمة ، من خلال تحالفات مثل اتحاد الكيانات المستقلة ، أمرًا بالغ الأهمية لجهود إزالة الكربون. بدون سلسلة قيمة متوافقة ، قد لا تؤدي إشارات الطلب إلى المنتجين إلى أي تغيير. تؤدي هذه الأنواع من التحالفات أيضًا إلى محادثات أفضل مع الحكومات حول مجموعة من الموضوعات ، من تشديد السياسات بشأن إعادة التدوير إلى الاستثمار المشترك في البحث والتطوير.

عند استخدام تقنيات الاختراق جنبًا إلى جنب ، يمكنهم الحصول على عملية إنتاج الألمنيوم بأكملها دون عتبة 3 أطنان مترية من ثاني أكسيد الكربون لكل طن متري من الألومنيوم الأساسي.

تلعب الحكومات دورًا رئيسيًا في تشجيع إزالة الكربون عن عمليات تكرير وصهر الألمنيوم الأولي. لدى الشرق الأوسط فرصة للمساهمة ، باستخدام إمكاناته الوفيرة من الطاقة الشمسية. تظهر الصين حركة في الاتجاه الصحيح ، حيث أغلقت بعض عمليات التكرير التي تعمل بالفحم وفتحت مصانع جديدة في مناطق وفيرة بالطاقة الكهرومائية. لكن الحكومات قد تحتاج أيضًا إلى تقديم دعم مالي مباشر للقطاع. سوف تكلف التقنيات الجديدة اللازمة لإزالة الكربون من الألومنيوم - بما في ذلك الطاقة المتجددة الإضافية ، وتخزين الكربون وتخزينه وإعادة تصميم عملية الصهر حول الأنودات الخاملة - حوالي 1 تريليون دولار حتى عام 2050 ، لذلك من المحتمل أن تضطر الدول إلى التدخل بالحوافز والاستثمار والسوق- التدابير القائمة. إن إنتاج مواد مثل الليثيوم أو النحاس - وهو أمر حيوي للانتقال منخفض الكربون - يجذب بالفعل الإعانات الحكومية. وكذلك يجب أن يكون الألمنيوم كذلك ، بالنظر إلى دوره في المساعدة على إزالة الكربون من قطاعات أخرى مثل النقل وتكنولوجيا البطاريات.

في أوروبا ، و آلية تعديل حدود الكربون المقترحة من الاتحاد الأوروبي (CBAM) هي دعوة للاستيقاظ لموردي الألمنيوم الذين يتطلعون إلى التصدير إلى السوق الموحدة. بحلول عام 2030 ، يمكن أن تفرض CBAM ضريبة قدرها 100 يورو لكل طن متري من ثاني أكسيد الكربون الموجود في المنتجات والمواد المستوردة ، مما يحاكي تكلفة مخطط تداول الانبعاثات في الاتحاد الأوروبي (ETS) للمنتجين المحليين. بالنسبة للطن المتري من الألومنيوم مع 2 طنًا متريًا من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، يمكن أن يضيف ذلك 16 في المائة إلى تكلفة المعدن. في حين أن مثل هذه الآلية قد تساعد الألمنيوم منزوع الكربون على التنافس على أساس مستمر بمجرد تسويقه ، فإن نموذج الاستثمار الحكومي المباشر في التكنولوجيا المتقدمة قد يكون ضروريًا لحشد تمويل الشركات والتخلص من مسار إزالة الكربون.

يسير القطاع في سباق مع الزمن لزيادة إنتاجه الناشئ للانبعاثات القريبة من الصفر لتوفير الإمدادات المطلوبة. تحتاج الشركات إلى اتخاذ موقف قيادي واضح ، لدعم نشر تقنيات إزالة الكربون العميقة اللازمة لمحاذاة القطاع على طول الطريق إلى صافي الصفر بحلول عام 2050. ستكون هناك تكاليف إضافية ، لكن التحالفات مثل اتحاد الكيانات المستقلة ستساعد في إنشاء الشفافية والتعاون المطلوب لمعالجة هذه التكاليف. التكنولوجيا موجودة لتحقيق ذلك - وهذا يستحق رفعه إن لم يكن كوبًا ، فبالتأكيد يمكن للبيرة منخفضة الكربون.

شارك في تأليف هذا المقال جوناثان والتر ، أندرو ألكورتا من BCG وهنري مومفورد.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://www.greenbiz.com/article/purifying-miracle-metal-how-decarbonize-aluminum