Oprensning af 'mirakelmetallet': Sådan dekarboniseres aluminium

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

[Denne artikel er en del af en serie af medlemmer af First Movers Coalition. Du kan læse flere historier om initiativet link..]

Aluminium er blevet beskrevet som et "mirakel metal." Selvom det er det mest udbredte metal i jordskorpen, gjorde de kompleksiteter, der var forbundet med at raffinere det, aluminium mere ædle end sølv eller guld i det 19. århundrede. Napoleon III værdsatte det så meget, at han ville servere sine mest ærede gæster deres mad på aluminiumstallerkener. Det forbliver et materiale af høj værdi i dag, værdsat for dets lette alsidighed, militærkvalitetsstyrke, modstandsdygtighed over for korrosion og fordi det er uendeligt genanvendeligt.

Så hvad skal man ikke lide? Nå, den energikrævende serie af processer, der forvandler rå bauxitmalm til et rent metal, udleder i gennemsnit 16 tons CO2 for hvert ton primæraluminium produceret. Sektoren som helhed genererer omkring 1.1 milliarder tons CO2 hvert år, hvilket svarer til 2 procent af de globale menneskeskabte emissioner. Mere end 60 procent af disse emissioner kommer fra at producere den forbrugte elektricitet under smelteprocessen.

Hvad mere er, forudsiges efterspørgslen efter mirakelmetallet - drevet af industrier som transport, byggeri, emballage og den elektriske sektor - at stige med næsten 40 procent i 2030. To tredjedele af denne vækst forventes fra Kina og Asien, en bekymring, da Kinas smelteproces er stærkt afhængig af kulfyrede kraftværker. Uden fremskridt inden for genanvendelse og dekarbonisering, sektorens emissioner kan stige mod næsten 2 milliarder tons i 2050.

Hårdt mål fra First Movers Coalition

En håndfuld nye teknologier rummer potentialet til at rense aluminium, men kun de mest ambitiøse opfylder det hårde mål for World Economic Forums First Movers Coalition (FMC), et globalt initiativ til at udnytte virksomhedernes købekraft til at dekarbonisere planetens industrier, der udleder mest. Medlemmer af FMC har forpligtet sig til et mål om, at mindst 10 procent af det primære aluminium, de indkøber årligt i 2030, vil blive produceret via processer med næsten nul-emissioner. Definitionen af "nær nul" er den svære bit: udledning af mindre end tre metriske tons CO2 pr. ton primæraluminium. Det repræsenterer en enorm reduktion i de nuværende emissioner på 85 procent eller mere.

For at forstå, hvordan man opnår en så dyb dekarbonisering, har vi brug for en hurtig rundtur i aluminiumfremstillingsprocessen. Bauxit er råmaterialet - det udvindes fra jorden og raffineres til aluminiumoxid eller "aluminiumoxid" gennem en flerfaseproces, der inkluderer opvarmning til omkring 1,000 grader Celsius. For at opnå denne varme brænder mange raffinaderier fossile brændstoffer på stedet, som udleder store mængder CO2 i processen. Den anden proces, kendt som smeltning, forvandler aluminiumoxidet til rent aluminiummetal gennem elektrolyse, som bruger meget elektricitet og kulstofanoder, der også udleder store mængder CO2.

Eksisterende former for vedvarende energi - såsom vandkraft eller solenergi - vil bringe os omkring to tredjedele af vejen til nul-emission aluminium.

Den gode nyhed er, at eksisterende former for vedvarende energi - såsom vandkraft eller solenergi - vil bringe os omkring to tredjedele af vejen til nul-emission aluminium. Vi kan bruge ren energi til de nye elektrificerede kedler og brændeovne, der er involveret i raffinering af bauxitmalm til aluminiumoxid - og også til den elektricitetsintensive smelteproces. Men det kan blive dyrt på kort sigt. Det betyder at flytte anlæggene til steder med adgang til vedvarende energi og eftermontere raffinaderierne for at installere det nye udstyr.

Nogle nye nye teknologier - som kan implementeres på eksisterende aluminiumsværker - kan hjælpe med at indsnævre kløften mod nul-emissions-aluminium. Smelteprocessen kan dekarboniseres fuldstændigt ved at erstatte disse kulstofanoder med inerte anoder, der udsender oxygen i stedet for CO2. En proces kendt som "mekanisk damprekomprimering" gør det muligt at genbruge den termiske energi, der er nødvendig for raffinering, i stedet for at blive frigivet. Og for de resterende emissioner er der teknologier som kulstoffangst, -brug og -lagring (CCUS) til at opfange emissioner fra både raffinerings- og smelteprocesserne. Når nogle få af disse banebrydende teknologier bruges sammen, kan de få hele aluminiumproduktionsprocessen under tærsklen på 3 tons CO2 pr. ton primæraluminium.

I modsætning til de fleste andre sektorer i FMC, kan genanvendelse spille en stor rolle i rejsen mod dekarbonisering af aluminiumsektoren, især da metallet anses for uendeligt genanvendeligt. Genbrug tager omkring 5 procent af den energi, der er nødvendig for at lave nyt aluminium, så det giver både kommerciel og miljømæssig mening. Omsmeltning af aluminium er udbredt i skala i dag med mere end 30 millioner tons genanvendt aluminium flyder tilbage til nye produkter årligt. Det kan også bidrage til en retfærdig omstilling, da indsamling, sortering og genanvendelse giver mulighed for at skabe nye arbejdspladser og samtidig reducere den naturressourceudvinding, der kræves for at understøtte primær aluminiumproduktion.

Derfor har FMC sat et yderligere mål for sine medlemmer om at sikre, at mindst 50 procent af det aluminium, de bruger årligt inden 2030, genanvendes. Men genbrug alene vil ikke være nok til at slukke den voksende globale tørst efter metallet - faktisk vil det kun levere halvdelen af den forventede efterspørgsel i 2050, ifølge 1.5 grader C-tilpasset overgangsstrategi udgivet af Mission Possible Partnership. Så det er fortsat en topprioritet at få produktionen af primær aluminium så tæt på nul-emissioner som muligt.

Den tekniske løsning er der. Nu for at få det til at ske

Mens teknologierne til at dekarbonisere aluminiumproduktion kan eksistere i prototypeformer, som alle nye teknologier, der endnu ikke har nået skala, er de dyre. Kommercialisering af dem er udfordrende - og det er ikke kun omkostningerne; aluminiums værdikæde er kompliceret og udvidet.

Tag for eksempel en øldåse, som typisk er lavet af mere end 50 procent genanvendt aluminium, men stadig kræver primært aluminium. Først udvinder du bauxitten, derefter raffinerer du den til aluminiumoxid. Det går ofte et andet sted hen for at blive smeltet til rent aluminium. Metallet forarbejdes derefter til skiver eller spoler, købt af virksomheder, der stanser dem i dåser, sælges til drikkevarevirksomheder og tappere, distribueres til detailhandlere og når først derefter forbrugeren. Denne lange forsyningskæde forstærkes af købernes størrelse. Mens stål og beton har store "ankerkøbere", såsom bilproducenter eller statslige indkøbsagenturer, købes aluminium i små mængder af mange aktører. Og alle de involverede aktører - fra mineselskabet til drikkevareforhandleren - skal være på linje for at dele målet og omkostningerne ved dekarbonisering.

Ball Corporation, en stor producent af aluminiumsemballage og medlem af FMC, har taget et første skridt i retning af at tilpasse sig sine værdikædepartnere. Virksomheden er gået sammen med aluminiumsleverandører og andre FMC-medlemmer Novelis og Rio Tinto for at skabe Canadas første specielt mærkede, kulstoffattig drikkevaredåse til Corona øl. Dåsen er delvist lavet af genanvendt aluminium sammen med næsten-nul emission primært aluminium raffineret med vandkraft og smeltet ved hjælp af en drivhusgasfri inert anodeteknologi kaldet Elysis. Dette gennembrud er blevet muliggjort af et hidtil uset samarbejde mellem to konkurrerende aluminiumindustrigiganter - Alcoa og Rio Tinto - sammen med 13 millioner dollars (CAD) i investeringer og teknisk support fra Apple, plus yderligere investering på 80 millioner dollars (CAD) hver fra det canadiske og Quebecs regeringer. Elysis er stadig på prototypestadiet, men holdet sigter mod at gøre teknologien kommercielt tilgængelig i 2024.

At tilpasse værdikæden gennem koalitioner som FMC er afgørende for dekarboniseringsbestræbelserne. Uden en afstemt værdikæde fører efterspørgselssignaler til producenterne muligvis ikke til nogen ændring. Den slags koalitioner fører også til bedre samtaler med regeringer omkring en række emner, fra stramning af politikker om genbrug til saminvestering i F&U.

Når banebrydende teknologier bruges sammen, kan de få hele aluminiumproduktionsprocessen under tærsklen på 3 tons CO2 pr. ton primæraluminium.

Regeringer har en nøglerolle at spille i at tilskynde til dekarbonisering af primær aluminiumsraffinering og -smeltning. Mellemøsten har mulighed for at bidrage ved at bruge sit rigelige solenergipotentiale. Kina viser bevægelse i den rigtige retning, lukker nogle kuldrevne raffineringsoperationer og åbner nye fabrikker i regioner, der er rigelige af vandkraft. Men regeringer kan også være nødt til at yde direkte økonomisk støtte til sektoren. De nye teknologier, der er nødvendige for at dekarbonisere aluminium - herunder yderligere vedvarende energi, CCUS og redesign af smelteprocessen omkring inerte anoder - vil koste omkring 1 billion USD frem til 2050, så det er sandsynligt, at stater bliver nødt til at træde til med incitamenter, investeringer og markeds- baserede tiltag. Produktionen af materialer som lithium eller kobber - afgørende for omstillingen med lavt kulstofindhold - tiltrækker allerede statsstøtte. Det skal aluminium også, givet dets rolle i at hjælpe med at dekarbonisere andre sektorer såsom transport og batteriteknologi.

I Europa Den Europæiske Unions foreslåede COXNUMX-grænsejusteringsmekanisme (CBAM) er et wake-up call til aluminiumleverandører, der ønsker at eksportere til det indre marked. Inden 2030 kunne CBAM opkræve en afgift på 100 euro pr. ton CO2 indeholdt i importerede produkter og materialer, hvilket efterligner omkostningerne ved EU's emissionshandelsordning (ETS) for lokale producenter. For et metrisk ton aluminium med et CO16-fodaftryk på 2 tons, kunne det føje 60 procent til prisen på metallet. Selvom en sådan mekanisme kan hjælpe dekarboniseret aluminium med at konkurrere på en løbende basis, når den først er kommercialiseret, kan modellen med direkte statsinvesteringer i banebrydende teknologi være nødvendig for at trænge ind i virksomhedsfinansiering og forringe dekarboniseringsvejen.

Sektoren er i et kapløb med tiden for at opskalere sin begyndende næsten-nul-emissionsproduktion for at levere den nødvendige forsyning. Virksomheder er nødt til at indtage en klar lederposition for at støtte udbredelsen af de dybe dekarboniseringsteknologier, der er nødvendige for at bringe sektoren på linje med en vej til netto nul i 2050. Der vil være yderligere omkostninger, men koalitioner såsom FMC vil hjælpe med at skabe gennemsigtighed og samarbejde påkrævet for at håndtere disse omkostninger. Teknologien er der for at få det til at ske - og det er værd at hæve, hvis ikke et glas, så bestemt en lav-kulstof øldåse.

Denne artikel er medforfattet af Jonathan Walter og BCG's Andrew Alcorta og Henry Mumford.