Purifying The ‘miracle Metal’: How To Decarbonize Aluminum

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

[Tämä artikkeli on osa First Movers Coalitionin jäsenten sarjaa. Voit lukea lisää tarinoita aloitteesta tätä.]

Alumiinia on kuvattu "ihmemetallia." Vaikka se on runsain metalli maankuoressa, sen jalostamiseen liittyvät monimutkaisuus teki alumiinista arvokkaamman kuin hopea tai kulta 19-luvulla. Napoleon III arvosti sitä niin paljon, että hän tarjosi arvostetuimmille vierailleen heidän ruokansa alumiinilautasilla. Se on edelleen arvokas materiaali, jota arvostetaan kevyestä monipuolisuudestaan, sotilaallisesta lujuudestaan, korroosionkestävyydestään ja siitä, että se on loputtomasti kierrätettävissä.

Joten mistä ei pidä? No, energiaintensiiviset prosessit, jotka muuttavat raakabauksiittimalmin puhtaaksi metalliksi, emittoivat keskimäärin 16 tonnia hiilidioksidia jokaista primäärialumiinin tonnia kohden tuotettu. Ala kokonaisuutena tuottaa noin 1.1 miljardia tonnia hiilidioksidia vuodessa, mikä on 2 prosenttia maailman ihmisen aiheuttamista päästöistä. Enemmän kuin Näistä päästöistä 60 prosenttia tulee kulutetun sähkön tuotannosta sulatusprosessin aikana.

Lisäksi ihmemetallin kysynnän ennustetaan kasvavan liikenteen, rakentamisen, pakkausten ja sähköalan kaltaisten teollisuudenalojen vetämänä. kasvaa lähes 40 prosenttia vuoteen 2030 mennessä. Kaksi kolmasosaa tästä kasvusta odotetaan Kiinasta ja Aasiasta. Huolenaiheena on, että Kiinan sulatusprosessi on vahvasti riippuvainen hiilivoimaloista. Ilman kierrätyksen ja hiilenpoiston edistystä Alan päästöt voivat nousta lähes 2 miljardiin tonniin vuoteen 2050 mennessä.

Kova tavoite First Movers Coalitionilta

Joissakin uusissa teknologioissa on potentiaalia alumiinin puhdistamiseen, mutta vain kunnianhimoisimmat saavuttavat kovan tavoitteen. Maailman talousfoorumin First Movers Coalition (FMC), maailmanlaajuinen aloite yritysten ostovoiman valjastamiseksi maapallon eniten päästöjä aiheuttavien teollisuudenalojen hiilen vähentämiseksi. FMC:n jäsenet ovat sitoutuneet tavoitteeseen, että vuoteen 10 mennessä vähintään 2030 prosenttia heidän vuosittain hankkimastaan primaarialumiinista tuotetaan lähes nollapäästöprosesseilla. "Lähes nollan" määritelmä on tiukka: se tuottaa alle kolme tonnia hiilidioksidia per tonni primaarialumiinia. Tämä tarkoittaa valtavaa 2 prosentin tai enemmän nykyisten päästöjen vähennystä.

Ymmärtääksemme kuinka saavuttaa näin syvä hiilidioksidipäästöjen poistaminen, tarvitsemme nopean kierroksen alumiinin valmistusprosessista. Bauksiitti on raaka-aine – se louhitaan maasta ja jalostetaan alumiinioksidiksi tai "alumiinioksidiksi" monivaiheisella prosessilla, joka sisältää sen kuumentamisen noin 1,000 2 celsiusasteeseen. Tämän lämmön saavuttamiseksi monet jalostamot polttavat paikan päällä fossiilisia polttoaineita, jotka päästävät prosessissa suuria määriä hiilidioksidia. Toinen prosessi, joka tunnetaan nimellä sulatus, muuttaa alumiinioksidin puhtaaksi alumiinimetalliksi elektrolyysin avulla, joka käyttää paljon sähköä ja hiilianodeja, jotka myös vapauttavat suuria määriä CO2:ta.

Nykyiset uusiutuvat energiamuodot – kuten vesi tai aurinko – tuovat meille noin kaksi kolmasosaa päästöttömän alumiinin tiestä.

Hyvä uutinen on, että olemassa olevat uusiutuvat energiamuodot - kuten vesi tai aurinko - tuovat meille noin kaksi kolmasosaa tiestä päästöttömään alumiiniin. Voimme käyttää puhdasta energiaa uusissa sähköistetyissä kattiloissa ja kalsinointilaitoksissa, jotka jalostavat bauksiittimalmia alumiinioksidiksi – ja myös sähköintensiiviseen sulatusprosessiin. Mutta tämä voi olla kallista lyhyellä aikavälillä. Se tarkoittaa laitosten siirtämistä paikkoihin, joissa on pääsy uusiutuvaan energiaan, ja jalostamoiden jälkiasennusta uusien laitteiden asentamista varten.

Jotkut esiin nousevat uudet teknologiat – joita voidaan ottaa käyttöön nykyisissä alumiinitehtaissa – voivat auttaa kaventamaan kuilua kohti päästötöntä alumiinia. Sulatusprosessi voidaan poistaa kokonaan hiilestä korvaamalla ne hiilianodit inertillä anodilla, jotka emittoivat happea CO2:n sijaan. Prosessi, joka tunnetaan nimellä "mekaaninen höyryn uudelleenkompressio", mahdollistaa puhdistukseen tarvittavan lämpöenergian kierrätyksen sen sijaan, että se vapautuu. Ja muita päästöjä varten on olemassa tekniikoita, kuten hiilidioksidin talteenotto, käyttö ja varastointi (CCUS), jotka sieppaavat sekä jalostus- että sulatusprosessien päästöjä. Kun muutamia näistä läpimurtotekniikoista käytetään yhdessä, ne voivat saada koko alumiinin tuotantoprosessin alle kynnyksen, joka on 3 tonnia hiilidioksidia primäärialumiinia kohti.

Toisin kuin useimmat muut FMC:n osa-alueet, kierrätyksellä voi olla suuri osa matkalla kohti alumiinialan hiilidioksidin vähentämistä, varsinkin kun metallia pidetään loputtomasti kierrätettävänä. Kierrätys vie noin 5 prosenttia uuden alumiinin valmistukseen tarvittavasta energiasta, joten se on kaupallista ja ympäristöystävällistä. Alumiinin uudelleensulatus on nykyään laajalle levinnyttä yli 30 miljoonaa tonnia kierrätettyä alumiinia palaa uusiin tuotteisiin vuosittain. Se voi myös edistää oikeudenmukaista siirtymistä, sillä keräys, lajittelu ja kierrätys tarjoavat mahdollisuuden luoda uusia työpaikkoja ja vähentää samalla alumiinin primaarituotannon tukemiseen tarvittavaa luonnonvarojen talteenottoa.

Tästä syystä FMC on asettanut jäsenilleen lisätavoitteen varmistaa, että vuoteen 50 mennessä vähintään 2030 prosenttia heidän vuosittain käyttämänsä alumiinista kierrätetään. Pelkästään kierrätys ei kuitenkaan riitä sammuttamaan metallin kasvavaa maailmanlaajuista janoa – itse asiassa se kattaa vain puolet odotetusta kysynnästä vuoteen 2050 mennessä. 1.5 astetta C-linjattu siirtymästrategia, jonka on julkaissut Mission Possible Partnership. Primaarialumiinin tuotannon saaminen mahdollisimman lähelle nollapäästöjä on siis edelleen ensisijainen tavoite.

Tekninen ratkaisu on olemassa. Nyt sen toteuttamiseksi

Vaikka alumiinituotannon hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen tähtäävät tekniikat voivat olla prototyyppimuodoissa, kuten kaikki uudet tekniikat, jotka eivät ole vielä mittakaavassa, ne ovat kalliita. Niiden kaupallistaminen on haastavaa – eikä se ole vain kustannuksia; alumiinin arvoketju on monimutkainen ja pitkä.

Otetaan esimerkiksi oluttölkki, joka on tyypillisesti valmistettu yli 50-prosenttisesti kierrätetystä alumiinista, mutta vaatii silti primäärialumiinia. Ensin louhit bauksiittia, sitten jalostat sen alumiinioksidiksi. Se menee usein muualle sulatettavaksi puhtaaksi alumiiniksi. Metalli jalostetaan sitten kiekoiksi tai keloiksi, jonka ostavat yritykset, jotka lävistävät ne tölkkeihin, myydään juomayrityksille ja pullottajille, jaetaan jälleenmyyjille ja vasta sitten saapuvat kuluttajalle. Tätä pitkää toimitusketjua pahentaa ostajien koko. Kun teräksellä ja betonilla on suuria "ankkuriostajia", kuten autonvalmistajat tai valtion hankintaviranomaiset, monet pelaajat ostavat alumiinia pieniä määriä. Ja kaikkien mukana olevien toimijoiden - kaivosyhtiöstä juomien vähittäismyyjään - on oltava samassa asemassa jakaakseen hiilidioksidipäästöjen vähentämisen tavoitteen ja kustannukset.

pallo Corporation, joka on suuri alumiinipakkausten valmistaja ja FMC:n jäsen, on ottanut ensimmäisen askeleen kohti arvoketjukumppaneidensa linjaamista. Yritys on tehnyt yhteistyötä alumiinitoimittajien ja muiden FMC-jäsenten Novelisin ja Rio Tinton kanssa luodakseen Kanadan ensimmäinen erikoismerkitty vähähiilinen juomatölkki Corona-oluelle. Tölkki on valmistettu osittain kierrätetystä alumiinista sekä lähes päästöttömästä primäärialumiinista, joka on jalostettu vesivoimalla ja sulatettu kasvihuonekaasuvapaa inertti anoditeknologia nimeltä Elysis. Tämän läpimurron on mahdollistanut kahden kilpailevan alumiiniteollisuuden jättiläisen – Alcoan ja Rio Tinton – välinen ennennäkemätön yhteistyö, Applen 13 miljoonan dollarin (CAD) investointi ja tekninen tuki sekä kanadalaisen 80 miljoonan dollarin (CAD) lisäinvestointi. ja Quebecin hallitukset. Elysis on vielä prototyyppivaiheessa, mutta tiimin tavoitteena on saada tekniikka kaupallisesti saataville vuoteen 2024 mennessä.

Arvoketjun yhdenmukaistaminen FMC:n kaltaisten koalitioiden kautta on ratkaisevan tärkeää hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi. Ilman yhtenäistä arvoketjua kysyntäsignaalit tuottajille eivät välttämättä johda muutokseen. Tällaiset koalitiot johtavat myös parempiin keskusteluihin hallitusten kanssa useista eri aiheista kierrätyspolitiikan tiukentamisesta tutkimukseen ja kehitykseen yhteissijoittamiseen.

Kun läpimurtotekniikoita käytetään yhdessä, ne voivat saada koko alumiinin tuotantoprosessin alle kynnyksen, joka on 3 tonnia hiilidioksidia primäärialumiinia kohti.

Hallituksella on keskeinen rooli primäärialumiinin jalostuksen ja sulatuksen hiilestä poistamisen edistämisessä. Lähi-idällä on mahdollisuus antaa panoksensa käyttämällä runsasta aurinkovoimapotentiaaliaan. Kiina on osoittamassa liikettä oikeaan suuntaan, sulkemalla joitain hiilikäyttöisiä jalostustoimintoja ja avaamalla uusia laitoksia vesivoimaltaan runsaille alueille. Mutta hallitukset saattavat myös joutua antamaan alalle suoraa taloudellista tukea. Alumiinin hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen tarvittavat uudet teknologiat – mukaan lukien uusiutuvan energian lisävoima, CCUS ja sulatusprosessin uudelleensuunnittelu inerttien anodien ympärillä – maksavat noin 1 biljoona dollaria vuoteen 2050 asti, joten on todennäköistä, että osavaltiot joutuvat ottamaan käyttöön kannustimia, investointeja ja markkinoita. perustuvia toimenpiteitä. Materiaalien, kuten litiumin tai kuparin, jotka ovat välttämättömiä vähähiiliseen siirtymiseen, tuotanto houkuttelee jo valtion tukea. Samoin on käytettävä alumiinia, koska se auttaa vähentämään hiilidioksidipäästöjä muilla aloilla, kuten kuljetus- ja akkuteknologiassa.

Euroopassa Euroopan unionin ehdottama hiilirajojen mukautusmekanismi (CBAM) on herätyssoitto alumiinintoimittajille, jotka haluavat viedä vientiä yhtenäismarkkinoille. Vuoteen 2030 mennessä CBAM voisi periä 100 euron veron tuontituotteiden ja -materiaalien sisältämää hiilidioksiditonnia kohden, mikä jäljittelee EU:n päästökauppajärjestelmän (ETS) kustannuksia paikallisille tuottajille. Metrinen alumiinitonni, jonka CO2-jalanjälki on 16 tonnia, voisi lisätä 2 prosenttia metallin hintaan. Vaikka tällainen mekanismi voi auttaa hiilestä valmistettua alumiinia kilpailemaan jatkuvasti kaupallistamisen jälkeen, valtion suorien investointien malli läpimurtoteknologiaan voi olla tarpeen yritysrahoituksen tiivistämiseksi ja hiilidioksidipäästöjen vähentämispolun vaarantamiseksi.

Ala kilpailee aikaa vastaan nostaakseen syntymässä olevaa lähes päästötöntä tuotantoaan tarvittavan tarjonnan saamiseksi. Yritysten on otettava selkeä johtoasema tukeakseen syvän hiilidioksidipäästöjen vähentämisen teknologioiden käyttöönottoa, joita tarvitaan alan linjaamiseksi nettonolla vuoteen 2050 mennessä. Siitä aiheutuu lisäkustannuksia, mutta FMC:n kaltaiset liittoumat auttavat luomaan avoimuutta ja yhteistyötä näiden kustannusten käsittelemiseksi. Tekniikka on olemassa, jotta se tapahtuu – ja se kannattaa nostaa, jos ei lasi, niin vähähiilinen oluttölkki.

Tämän artikkelin ovat kirjoittaneet Jonathan Walter sekä BCG:n Andrew Alcorta ja Henry Mumford.