A „csodafém” megtisztítása: Hogyan lehet dekarbonizálni az alumíniumot

Újra kiadta Platón

Követő: 0

[Ez a cikk a First Movers Coalition tagjai által készített sorozat része. További történeteket olvashat a kezdeményezésről itt.]

Az alumíniumot a következőképpen írták le:csodafém.” Noha ez a legnagyobb mennyiségben előforduló fém a földkéregben, a finomítással járó bonyolultság miatt az alumínium értékesebb lett, mint az ezüst vagy az arany a 19. században. III. Napóleon annyira értékelte, hogy legtiszteltebb vendégeinek alumíniumtányérokon szolgálta fel ételeiket. Ma is nagy értékű anyag, amelyet könnyű sokoldalúsága, katonai szilárdsága, korrózióállósága és korlátlanul újrahasznosíthatósága miatt értékelnek.

Szóval, mi nem tetszik? Nos, az az energiaigényes folyamatsorozat, amely a nyers bauxitércet tiszta fémmé alakítja, átlagosan kibocsát 16 metrikus tonna CO2 minden metrikus tonna primer alumíniumra előállított. Az ágazat egésze kb Évente 1.1 milliárd metrikus tonna CO2, ami az ember által okozott globális kibocsátás 2 százaléka. Több mint E kibocsátás 60 százaléka az elfogyasztott villamos energia előállításából származik az olvasztási folyamat során.

Sőt, a csodafém iránti kereslet – amelyet olyan iparágak vezérelnek, mint a szállítás, az építőipar, a csomagolás és az elektromos szektor – az előrejelzések szerint megnő. 40-ra csaknem 2030 százalékkal nő. A növekedés kétharmadát Kínából és Ázsiából várják, ami aggodalomra ad okot, mivel Kína olvasztási folyamata nagymértékben függ a beépített széntüzelésű erőművektől. Az újrahasznosítás és a szén-dioxid-mentesítés előrehaladása nélkül a Az ágazat kibocsátása 2-re közel 2050 milliárd metrikus tonna felé haladhat.

Kemény célpont a First Movers Coalition részéről

Egy maroknyi új technológia magában rejti az alumínium tisztításának lehetőségét, de csak a legambiciózusabbak teljesítik a kemény célt. A Világgazdasági Fórum első mozgatóinak koalíciója (FMC), egy globális kezdeményezés a vállalatok vásárlóerejének kihasználására a bolygó legnagyobb kibocsátással járó iparágainak szén-dioxid-mentesítésére. Az FMC tagjai elkötelezték magukat egy olyan cél mellett, hogy 10-ig az általuk évente beszerzett elsődleges alumínium legalább 2030 százalékát közel nulla kibocsátású eljárásokkal állítsák elő. A „közel nulla” definíciója a kemény dolog: kevesebb, mint három tonna CO2-t bocsát ki egy tonna primer alumíniumra. Ez a jelenlegi kibocsátás óriási, legalább 85 százalékos csökkenése.

Ahhoz, hogy megértsük, hogyan érhetünk el ilyen mély szén-dioxid-mentesítést, gyors körbe kell tekintenünk az alumíniumgyártási folyamatban. A bauxit a nyersanyag – a földből bányászják, és egy többfázisú eljárással alumínium-oxiddá vagy „alumínium-oxiddá” finomítják, amelynek során körülbelül 1,000 Celsius-fokra melegítik. Ennek a hőnek az elérése érdekében számos finomító fosszilis tüzelőanyagot éget el, amely a folyamat során nagy mennyiségű CO2-t bocsát ki. A második, olvasztási eljárás során a timföldet tiszta alumíniumfémmé alakítják elektrolízissel, amely sok villamos energiát és szén-anódokat használ, amelyek szintén nagy mennyiségű CO2-t bocsátanak ki.

A megújuló energia létező formái – mint például a víz- vagy a napenergia – a zéró kibocsátású alumíniumhoz vezető út mintegy kétharmadát fogják elérni.

A jó hír az, hogy a megújuló energia létező formái – mint például a víz- vagy a napenergia – hozzávetőleg a zéró kibocsátású alumíniumhoz vezető út kétharmadát hozzák majd. Tiszta energiát használhatunk a bauxitérc timföldgé történő finomításában részt vevő új villamosított kazánokhoz és kalcinálókhoz, valamint az elektromosságigényes olvasztási folyamathoz is. De ez rövid távon drága lehet. Ez azt jelenti, hogy az erőműveket olyan helyre kell költöztetni, ahol hozzáférnek a megújuló energiaforrásokhoz, és utólag kell felszerelni a finomítókat az új berendezések telepítéséhez.

Egyes feltörekvő új technológiák – amelyek a meglévő alumíniumgyárakban is alkalmazhatók – segíthetnek csökkenteni a zéró kibocsátású alumínium felé fennálló szakadékot. Az olvasztási folyamat teljesen dekarbonizálható, ha azokat a szénanódokat inert anódokra cseréljük, amelyek CO2 helyett oxigént bocsátanak ki. A „mechanikus gőz-újrakompresszió” néven ismert eljárás lehetővé teszi a finomításhoz szükséges hőenergia újrahasznosítását, nem pedig felszabadítását. A fennmaradó kibocsátások esetében pedig léteznek olyan technológiák, mint a szén-dioxid leválasztása, felhasználása és tárolása (CCUS), amelyek mind a finomítási, mind az olvasztási folyamatokból származó kibocsátásokat lehallgatják. Ha ezek közül az áttörést jelentő technológiák közül néhányat együtt alkalmaznak, akkor a teljes alumíniumgyártási folyamat a 3 metrikus tonna CO2 küszöbérték alá kerülhet metrikus tonna primer alumíniumra.

Az FMC legtöbb más ágazatától eltérően az újrahasznosítás nagy szerepet játszhat az alumíniumágazat szén-dioxid-mentesítéséhez vezető úton, különösen mivel a fém korlátlanul újrahasznosítható. Az újrahasznosítás az új alumínium előállításához szükséges energia körülbelül 5 százalékát veszi fel, tehát kereskedelmi és környezetvédelmi szempontból is értelmes. Az alumínium újraolvasztás napjainkban széles körben elterjedt, több mint 30 millió tonna újrahasznosított alumínium évente visszatér az új termékekhez. Hozzájárulhat az igazságos átmenethez is, mivel a begyűjtés, a válogatás és az újrahasznosítás lehetőséget kínál új munkahelyek teremtésére, miközben csökkenti az elsődleges alumíniumgyártás támogatásához szükséges természeti erőforrások kitermelését.

Következésképpen az FMC további célt tűzött ki tagjai számára, hogy 50-ra az általuk évente felhasznált alumínium legalább 2030 százalékát újrahasznosítsák. Az újrahasznosítás azonban önmagában nem lesz elegendő a fém iránti növekvő globális szomjúság csillapításához – valójában 2050-re a várt kereslet felét fogja kielégíteni. 1.5 fokos C-hoz igazított átmeneti stratégia, amelyet a Mission Possible Partnership tett közzé. Így továbbra is elsődleges prioritás marad az elsődleges alumíniumgyártás lehető legközelebbi nulla kibocsátás elérése.

A technikai megoldás megvan. Most, hogy ez megtörténjen

Bár az alumíniumgyártás szén-dioxid-mentesítésére szolgáló technológiák prototípus formákban létezhetnek, mint minden olyan új technológia, amely még nem éri el a méretet, drágák. Kereskedelmi forgalomba hozataluk kihívást jelent – és ez nem csak a költségek; Az alumínium értéklánca bonyolult és kiterjedt.

Vegyünk például egy sörösdobozt, amely általában több mint 50 százalékban újrahasznosított alumíniumból készül, de még mindig elsődleges alumíniumot igényel. Először kibányászod a bauxitot, majd timföldre finomítod. Gyakran máshová kerül, hogy tiszta alumíniummá olvasztják. A fémet ezután korongokká vagy tekercsekké dolgozzák fel, azokat a cégek vásárolják meg, amelyek dobozokba lyukasztják, italgyártó cégeknek és palackozóknak adják el, elosztják a kiskereskedőknek, és csak ezután jut el a fogyasztóhoz. Ezt a hosszú ellátási láncot tetézi a vásárlók mérete. Míg az acélnak és a betonnak vannak nagy „horgonyvásárlói”, például autógyártók vagy állami beszerzési ügynökségek, az alumíniumot sok szereplő vásárolja kis mennyiségben. És minden érintett szereplőnek – a bányavállalattól az italkereskedésig – meg kell osztania a szén-dioxid-mentesítés célját és költségeit.

ball Corporation, az alumíniumcsomagolások jelentős gyártója és az FMC tagja, megtette az első lépést az értéklánc-partnereihez való igazodás felé. A cég alumíniumbeszállítókkal, valamint az FMC többi tagjával, Novelis-szel és Rio Tinto-val közösen alkotott Kanada első speciálisan jelölt, alacsony szén-dioxid-kibocsátású italos doboza a Corona sörért. A kanna részben újrahasznosított alumíniumból, valamint közel nulla kibocsátású primer alumíniumból készül, amelyet vízenergiával finomítottak és olvasztottak üvegházhatású gázoktól mentes inert anód technológia, az Elysis. Ezt az áttörést két versengő alumíniumipari óriás – az Alcoa és a Rio Tinto – példátlan együttműködése tette lehetővé, az Apple 13 millió dolláros (CAD) befektetésével és technikai támogatásával, valamint a kanadai további 80 millió dolláros (CAD) befektetéssel. és a québeci kormányok. Az Elysis még a prototípus stádiumában van, de a csapat célja, hogy a technológiát 2024-re kereskedelmi forgalomba is hozzák.

Az értéklánc összehangolása olyan koalíciókon keresztül, mint az FMC, kritikus fontosságú a dekarbonizációs erőfeszítések szempontjából. Összehangolt értéklánc nélkül a termelők felé irányuló keresleti jelzések nem vezethetnek semmilyen változáshoz. Az ilyen típusú koalíciók a kormányokkal való jobb párbeszédhez is vezetnek számos témában, az újrahasznosítási politikák szigorításától a kutatás-fejlesztésbe való társbefektetésig.

Ha áttörést jelentő technológiákat alkalmaznak együtt, akkor a teljes alumíniumgyártási folyamat a 3 metrikus tonna CO2 küszöbérték alá kerülhet metrikus tonna primer alumíniumra.

A kormányok kulcsszerepet játszanak az alumínium elsődleges finomítása és olvasztása szén-dioxid-mentesítésének ösztönzésében. A Közel-Keletnek lehetősége nyílik a hozzájárulásra, kihasználva bőséges napenergia-potenciálját. Kína jó irányba mutat, bezár néhány szénnel működő finomítót, és új üzemeket nyit a vízenergiában bővelkedő régiókban. De előfordulhat, hogy a kormányoknak közvetlen pénzügyi támogatást kell nyújtaniuk az ágazatnak. Az alumínium szén-dioxid-mentesítéséhez szükséges új technológiák – beleértve a további megújuló energiaforrásokat, a CCUS-t és az inert anódok körüli olvasztási folyamat újratervezését – 1-ig körülbelül 2050 billió dollárba fognak kerülni, így valószínű, hogy az államoknak ösztönzőkkel, befektetésekkel és piaccal kell lépniük. alapú intézkedések. Az olyan anyagok, mint a lítium vagy a réz előállítása – amelyek létfontosságúak az alacsony szén-dioxid-kibocsátásra való átálláshoz – már most is állami támogatásokat vonzanak. Ugyanígy kell az alumíniumnak is, tekintettel más ágazatok szén-dioxid-mentesítésében betöltött szerepére, például a közlekedésre és az akkumulátortechnológiára.

Európában a Az Európai Unió által javasolt szén-dioxid-kibocsátási határok kiigazítási mechanizmusa (CBAM) egy ébresztő az alumínium beszállítói számára, akik az egységes piacra szeretnének exportálni. 2030-ra a CBAM 100 eurós adót vethet ki az importált termékekben és anyagokban található szén-dioxid-kibocsátás tonnája után, ami utánozza az EU kibocsátáskereskedelmi rendszerének (ETS) költségeit a helyi termelők számára. Egy metrikus tonna alumínium 2 metrikus tonna CO16-lábnyommal 2 százalékkal növelheti a fém árát. Noha egy ilyen mechanizmus segítheti a dekarbonizált alumíniumot a kereskedelmi forgalomba kerülés után a folyamatos versenyben, az áttörést jelentő technológiába történő közvetlen kormányzati befektetések modelljére lehet szükség a vállalati pénzügyek zsúfolásához és a dekarbonizációs út megcsúfolása érdekében.

Az ágazat versenyt fut az idővel, hogy növelje születőben lévő, közel nulla kibocsátású termelését, hogy biztosítsa a szükséges ellátást. A vállalatoknak egyértelmű vezető pozíciót kell betölteniük, hogy támogassák a mély szén-dioxid-mentesítési technológiák alkalmazását, amelyek ahhoz szükségesek, hogy az ágazatot 2050-re a nettó nulla felé közelítsék. További költségek lesznek, de az olyan koalíciók, mint az FMC, segíteni fognak a átláthatóság és együttműködés szükséges e költségek kezeléséhez. A technológia megvan ahhoz, hogy ez megtörténjen – és ezt megéri emelni, ha nem is egy pohárral, de mindenképpen egy alacsony szén-dioxid-kibocsátású sörösdobozsal.

Ennek a cikknek a társszerzője Jonathan Walter, valamint a BCG munkatársa, Andrew Alcorta és Henry Mumford.