טיהור 'מתכת הנס': כיצד לשחרר פחמן מאלומיניום

הועלה מחדש על ידי אפלטון

עוקב: 0

[מאמר זה הוא חלק מסדרה של חברי קואליציית המניעים הראשונים. ניתן לקרוא סיפורים נוספים על היוזמה כאן.]

אלומיניום תואר כ"נס מתכת." למרות שזו המתכת הנפוצה ביותר בקרום כדור הארץ, המורכבות הכרוכה בזיקוק שלה הפכה את האלומיניום ליקר יותר מכסף או זהב במהלך המאה ה-19. נפוליאון השלישי העריך זאת עד כדי כך שהוא יגיש לאורחים המכובדים ביותר את האוכל שלהם על צלחות אלומיניום. זה נשאר חומר בעל ערך גבוה היום, מוערך בזכות הרבגוניות הקלה, החוזק הצבאי שלו, העמידות בפני קורוזיה ובגלל שהוא ניתן למיחזור אינסופי.

אז מה לא לאהוב? ובכן, סדרת התהליכים עתירת האנרגיה שהופכת עפרות בוקסיט גולמיות למתכת טהורה פולטת בממוצע 16 טון מטרי של CO2 לכל טון מטרי של אלומיניום ראשוני מיוצר. המגזר בכללותו מייצר מסביב 1.1 מיליארד טונות של CO2 מדי שנה, המהווים 2% מהפליטות העולמיות מעשה ידי אדם. יותר מ 60 אחוז מהפליטות הללו נובעות מהפקת החשמל הנצרך במהלך תהליך ההתכה.

יתרה מכך, הביקוש למתכת הנס - המונעת על ידי תעשיות כמו תחבורה, בנייה, אריזה ומגזר החשמל - צפוי להיות עלייה של כמעט 40 אחוז עד 2030. שני שלישים מגידול זה צפויים מסין ואסיה, דאגה בהתחשב בתהליך ההיתוך של סין תלוי במידה רבה בתחנות כוח פחמיות. ללא התקדמות במיחזור ופירוק פחמן, ה הפליטות של המגזר עשויות להגיע לכמעט 2 מיליארד טון עד 2050.

יעד קשה מקואליציית המניעים הראשונים

קומץ טכנולוגיות חדשות טומן בחובו את הפוטנציאל לנקות אלומיניום, אך רק השאפתניות ביותר עומדות ביעד הקשה של קואליציית המניעים הראשונים של הפורום הכלכלי העולמי (FMC), יוזמה גלובלית לרתום את כוח הקנייה של חברות לשחרור פחמן של התעשיות הפולטות ביותר של כדור הארץ. חברי ה-FMC התחייבו למטרה שלפחות 10 אחוזים מהאלומיניום העיקרי שהם רוכשים מדי שנה עד 2030 ייוצרו באמצעות תהליכי פליטות כמעט אפס. ההגדרה של "קרוב לאפס" היא החלק הקשה: פליטת פחות משלושה טונות מטריים של CO2 לטון מטרי של אלומיניום ראשוני. זה מייצג הפחתה עצומה בפליטות הנוכחיות של 85 אחוזים או יותר.

כדי להבין איך להשיג דה-קרבוניזציה כה עמוקה, אנו זקוקים לסיור מהיר בתהליך ייצור האלומיניום. באוקסיט הוא חומר הגלם - הוא נכרה מהאדמה ומזקק לתחמוצת אלומיניום, או "אלומינה", באמצעות תהליך רב-שלבי הכולל חימום לכ-1,000 מעלות צלזיוס. כדי להשיג את החום הזה, בתי זיקוק רבים שורפים דלקים מאובנים באתר, אשר פולטים כמויות גדולות של CO2 בתהליך. התהליך השני, המכונה התכה, הופך את האלומינה למתכת אלומיניום טהורה באמצעות אלקטרוליזה, שמשתמשת בהרבה חשמל ואנודות פחמן שגם פולטות כמויות גדולות של CO2.

צורות קיימות של אנרגיה מתחדשת - כמו הידרו או סולארית - יביאו לנו כשני שליש מהדרך לאפס פליטת אלומיניום.

החדשות הטובות הן שצורות קיימות של אנרגיה מתחדשת - כמו הידרו או סולארית - יביאו לנו כשני שליש מהדרך לאלומיניום אפס פליטת. אנו יכולים להשתמש באנרגיה נקייה עבור הדוודים והקלצינרים המחושמלים החדשים המעורבים בזיקוק עפרות בוקסיט לאלומינה - וגם עבור תהליך ההתכה עתיר החשמל. אבל זה יכול להיות יקר בטווח הקצר. זה אומר להעביר את המפעלים למקומות עם גישה לאנרגיה מתחדשת ולהתאים את בתי הזיקוק כדי להתקין את הציוד החדש.

כמה טכנולוגיות חדשות מתפתחות - שניתן ליישם במפעלי אלומיניום קיימים - יכולות לעזור לצמצם את הפער לכיוון אלומיניום אפס פליטות. תהליך ההיתוך ניתן לשחרור מלא של פחמן על ידי החלפת אנודות פחמן באנודות אינרטיות הפולטות חמצן במקום CO2. תהליך המכונה "דחיסה מכנית של אדים" מאפשר למחזר את האנרגיה התרמית הדרושה לזיקוק ולא לשחרר. ולגבי הפליטות הנותרות, קיימות טכנולוגיות כגון לכידה, שימוש ואחסון פחמן (CCUS) ליירט פליטות הן מתהליך הזיקוק וההתכה. כאשר נעשה שימוש בכמה מהטכנולוגיות פורצות הדרך הללו יחד, הן יכולות להביא את כל תהליך ייצור האלומיניום מתחת לסף של 3 טון מטרי של CO2 לטון מטרי של אלומיניום ראשוני.

בניגוד לרוב המגזרים האחרים ב-FMC, המיחזור יכול למלא חלק גדול במסע לקראת שחרור פחמן של מגזר האלומיניום, במיוחד מכיוון שהמתכת נחשבת ניתנת למחזור אינסופי. מיחזור לוקח בערך 5 אחוז מהאנרגיה הדרושה לייצור אלומיניום חדש, כך שזה הגיוני מסחרי וגם סביבתי. התכה מחדש של אלומיניום נפוצה כיום בקנה מידה עם יותר מ 30 מיליון טונות של אלומיניום ממוחזר זורם חזרה למוצרים חדשים מדי שנה. זה גם יכול לתרום למעבר צודק, שכן איסוף, מיון ומיחזור מציעים פוטנציאל ליצירת מקומות עבודה חדשים תוך צמצום מיצוי המשאבים הטבעיים הנדרשים לתמיכה בייצור אלומיניום ראשוני.

כתוצאה מכך, ה-FMC קבע יעד נוסף לחבריו להבטיח שלפחות 50 אחוז מהאלומיניום שהם משתמשים בהם מדי שנה עד שנת 2030 ימוחזר. עם זאת, מיחזור לבדו לא יספיק כדי להרגיע את הצמא העולמי הגובר למתכת - למעשה, הוא יספק רק מחצית מהביקוש הצפוי עד 2050, לפי אסטרטגיית מעבר מיושרת 1.5 מעלות C שפורסמה על ידי ה-Mission Possible Partnership. כך שהשגת ייצור אלומיניום ראשוני קרוב ככל האפשר לאפס פליטות נשאר בעדיפות עליונה.

הפתרון הטכנולוגי קיים. עכשיו כדי שזה יקרה

בעוד שהטכנולוגיות להפחתת פחמן של ייצור אלומיניום עשויות להתקיים בצורות אב טיפוס, כמו כל הטכנולוגיות החדשות שעדיין לא הגיעו לקנה מידה, הן יקרות. המסחר שלהם הוא מאתגר - וזה לא רק העלות; שרשרת הערך של האלומיניום מורכבת ומורחבת.

קחו למשל פחית בירה, שעשויה בדרך כלל מיותר מ-50 אחוז אלומיניום ממוחזר אך עדיין דורשת אלומיניום ראשוני. תחילה אתה כורה את הבוקסיט, ואז אתה מזקק אותו לאלומינה. לעתים קרובות הוא הולך למקום אחר כדי להתיך לאלומיניום טהור. לאחר מכן מעבדים את המתכת לדיסקים או לסלילים, קונים על ידי חברות המחוררות אותם לתוך קופסאות שימורים, נמכרת לעסקים משקאות ולבקבוקים, מופצת לקמעונאים ורק אז מגיעה לצרכן. שרשרת האספקה הארוכה הזו מורכבת מגודל הקונים. בעוד שלפלדה ובטון יש "קוני עוגן" גדולים, כמו יצרני רכב או סוכנויות רכש ממלכתיות, אלומיניום נקנה בכמויות קטנות על ידי הרבה שחקנים. וכל השחקנים המעורבים - מחברת המכרות ועד קמעונאי המשקאות - חייבים להיות מיושרים כדי לחלוק את המטרה ואת העלות של שחרור פחמן.

תאגיד הכדור, יצרנית גדולה של אריזות אלומיניום וחברה ב-FMC, עשתה צעד ראשון לקראת יישור קו עם שותפי שרשרת הערך שלה. החברה התחברה עם ספקי אלומיניום וחברי FMC עמיתים נובליס וריו טינטו כדי ליצור קופסת המשקה הראשונה של קנדה, המסומנת במיוחד, דלת פחמן לבירה קורונה. הפחית עשויה בחלקה מאלומיניום ממוחזר יחד עם אלומיניום ראשוני כמעט אפס פליטת מזוקק באמצעות כוח הידרו והותך באמצעות טכנולוגיית אנודה אינרטית נטולת גזי חממה בשם Elysis. פריצת דרך זו התאפשרה בזכות שיתוף פעולה חסר תקדים בין שתי ענקיות מתחרות בתעשיית האלומיניום - אלקואה וריו טינטו - יחד עם השקעה של 13 מיליון דולר (CAD) של השקעה ותמיכה טכנית מאפל, בתוספת השקעה נוספת של 80 מיליון דולר (CAD) כל אחת מהקנדית וממשלות קוויבק. Elysis עדיין בשלב אב הטיפוס, אך הצוות שואף להפוך את הטכנולוגיה לזמינה מסחרית עד 2024.

יישור שרשרת הערך, באמצעות קואליציות כמו ה-FMC, הוא קריטי למאמצי הפחמן. ללא שרשרת ערך מיושרת, אותות ביקוש ליצרנים עשויים שלא להוביל לשום שינוי. קואליציות מסוג זה מובילות גם לשיחות טובות יותר עם ממשלות סביב מגוון נושאים, מהקשחת מדיניות מיחזור ועד להשקעה משותפת במו"פ.

כאשר נעשה שימוש בטכנולוגיות פורצות דרך יחד, הן יכולות להביא את כל תהליך ייצור האלומיניום מתחת לסף של 3 טון מטרי של CO2 לטון מטרי של אלומיניום ראשוני.

לממשלות יש תפקיד מפתח בעידוד שחרור הפחמן של זיקוק והיתכת אלומיניום ראשוניים. למזרח התיכון יש הזדמנות לתרום, תוך שימוש בפוטנציאל האנרגיה הסולארית השופע שלו. סין מראה תנועה בכיוון הנכון, סוגרת כמה פעולות זיקוק המופעלות על פחם ופותחת מפעלים חדשים באזורים השופעים באנרגיה הידרומית. אבל ייתכן שממשלות יצטרכו גם לספק תמיכה כספית ישירה למגזר. הטכנולוגיות החדשות הדרושות להפחתת פחמן של אלומיניום - כולל כוח מתחדש נוסף, CCUS ותכנון מחדש של תהליך ההיתוך סביב אנודות אינרטיות - יעלו בסביבות טריליון דולר עד 1, כך שסביר להניח שמדינות יצטרכו להתערב עם תמריצים, השקעות ושוק- מדדים מבוססים. הייצור של חומרים כמו ליתיום או נחושת - חיוני למעבר דל פחמן - כבר מושך סובסידיות ממשלתיות. כך גם האלומיניום חייב, בהתחשב בתפקידו לסייע בהפחתת פחמן בסקטורים אחרים כמו תחבורה וטכנולוגיית סוללות.

באירופה מנגנון התאמת גבול הפחמן המוצע של האיחוד האירופי (CBAM) הוא קריאת השכמה לספקי אלומיניום המבקשים לייצא לשוק היחיד. עד שנת 2030, ה-CBAM יוכל להטיל מס של 100 אירו לטון מטרי של CO2 הכלול במוצרים וחומרים מיובאים, המחקה את העלות של תוכנית הסחר בפליטות (ETS) של האיחוד האירופי עבור יצרנים מקומיים. עבור טון מטרי של אלומיניום עם טביעת רגל של 16 טון CO2, זה יכול להוסיף 60 אחוז לעלות המתכת. בעוד שמנגנון כזה עשוי לסייע לאלומיניום מפוחם להתחרות באופן שוטף לאחר המסחר, המודל של השקעה ממשלתית ישירה בטכנולוגיה פורצת דרך עשוי להיות נחוץ כדי להצטופף במימון תאגידי ולזלזל במסלול הפחמן.

המגזר נמצא במירוץ נגד הזמן כדי להגדיל את ייצור הפליטות המתהווה כמעט אפס כדי לספק את האספקה הנדרשת. חברות צריכות לנקוט בעמדת מנהיגות ברורה, כדי לתמוך בפריסה של טכנולוגיות שחרור פחמן עמוק הדרושות כדי ליישר את הסקטור לאורך נתיב לאפס נטו עד 2050. יהיו עלויות נוספות, אבל קואליציות כמו ה-FMC יסייעו ליצור את שקיפות ושיתוף פעולה נדרשים לטיפול בעלויות אלו. הטכנולוגיה קיימת כדי לגרום לזה לקרות - ושווה להרים את זה אם לא כוס, אז בהחלט פחית בירה דלת פחמן.

מאמר זה נכתב בשיתוף ג'ונתן וולטר, ואנדרו אלקורטה והנרי ממפורד של BCG.