Purifying The ‘miracle Metal’: How To Decarbonize Aluminum

プラトン再発行

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[この記事は、First Movers Coalition のメンバーによるシリーズの一部です。イニシアチブに関するその他のストーリーを読むことができますこちら.]

アルミニウムは「ミラクルメタル。」アルミニウムは地球の地殻で最も豊富な金属ですが、19 世紀には、アルミニウムの精錬が複雑であるため、銀や金よりも貴重なものでした。ナポレオン XNUMX 世はそれを非常に高く評価し、最も名誉あるゲストにアルミニウムの皿で食事を提供しました。軽量で汎用性が高く、ミリタリーグレードの強度、耐食性、そして無限にリサイクルできるため、今日でも高価値の素材として高く評価されています。

それで、何が気に入らないのですか？さて、未加工のボーキサイト鉱石を純粋な金属に変えるエネルギー集約型の一連のプロセスは、平均して排出します一次アルミニウム 16 トンあたり 2 トンの COXNUMX 生産された。セクター全体としては毎年 1.1 億トンの CO2 を排出し、世界の人為的排出量の 2% を占めています。。超えるこれらの排出量の 60% は、消費される電力の生産に由来します。製錬プロセス中。

さらに、奇跡の金属の需要は、輸送、建設、包装、電気部門などの産業によって促進されると予測されています。 40 年までに約 2030% 増加. この成長の XNUMX 分の XNUMX は中国とアジアが占めると予想されており、中国の製錬プロセスが自家用石炭火力発電所に大きく依存していることを考えると懸念されます。リサイクルや脱炭素化が進まなければ、セクターの排出量は、2 年までに約 2050 億トンに達する可能性があります。.

First Movers Coalition の厳しいターゲット

少数の新技術がアルミニウムを浄化する可能性を秘めていますが、最も野心的なものだけが厳しい目標を達成しています。世界経済フォーラムの先発者連合 (FMC) は、企業の購買力を利用して地球上で最も排出量の多い産業を脱炭素化するための世界的なイニシアチブです。 FMC のメンバーは、10 年までに年間調達する一次アルミニウムの少なくとも 2030% をほぼゼロの排出プロセスで生産するという目標を約束しました。「ほぼゼロ」の定義は厳しいもので、一次アルミニウム 2 トンあたりの CO85 排出量が XNUMX トン未満です。これは、現在の排出量が XNUMX% 以上も大幅に削減されたことを表しています。

このような深遠な脱炭素化を実現する方法を理解するには、アルミニウム製造プロセスをすばやく見学する必要があります。ボーキサイトは原材料です。地中から採掘され、摂氏約 1,000 度に加熱することを含む多段階プロセスを経て、酸化アルミニウム (「アルミナ」) に精製されます。この熱量を達成するために、多くの製油所では現場で化石燃料を燃やしますが、その過程で大量の CO2 が排出されます。製錬と呼ばれる 2 番目のプロセスは、電気分解によってアルミナを純粋なアルミニウム金属に変えます。この電気分解では、大量の電気と大量の COXNUMX を排出する炭素アノードが使用されます。

水力発電や太陽光発電などの既存の再生可能エネルギーは、ゼロエミッションのアルミニウムへの道のりの約 XNUMX 分の XNUMX を実現します。

良いニュースは、水力発電や太陽光発電などの既存の再生可能エネルギーによって、アルミニウムの排出量がゼロになるまでの道のりが約 XNUMX 分の XNUMX になるということです。クリーンエネルギーは、ボーキサイト鉱石をアルミナに精製するための新しい電化ボイラーとか焼炉、および電気を大量に使用する製錬プロセスに使用できます。しかし、これは短期的には費用がかかる可能性があります。これは、再生可能電力にアクセスできる場所にプラントを移動し、製油所を改造して新しい設備を設置することを意味します。

既存のアルミニウム工場で実装できるいくつかの新たな新技術は、ゼロエミッションアルミニウムへのギャップを狭めるのに役立ちます. 製錬プロセスは、これらの炭素アノードを、CO2 の代わりに酸素を放出する不活性アノードに置き換えることで、完全に脱炭素化できます。「機械的蒸気再圧縮」として知られるプロセスにより、精製に必要な熱エネルギーを放出するのではなく、リサイクルすることができます。残りの排出量については、精製プロセスと製錬プロセスの両方からの排出を遮断するための炭素回収、使用、貯蔵 (CCUS) などの技術があります。これらの画期的な技術のいくつかを組み合わせて使用すると、アルミニウム製造プロセス全体で、一次アルミニウム 3 トンあたり 2 トンの COXNUMX というしきい値を下回ることができます。

FMC の他のほとんどの部門とは異なり、特に金属は無限にリサイクルできると考えられているため、リサイクルはアルミニウム部門の脱炭素化に向けて大きな役割を果たすことができます。リサイクルには、新しいアルミニウムを作るのに必要なエネルギーの約 5% が必要です、したがって、それは商業的にも環境的にも意味があります。今日、アルミニウムの再溶解は大規模に普及しており、 30 万トンのリサイクルアルミニウム毎年新製品に戻ってきます。収集、選別、リサイクルは、一次アルミニウム生産をサポートするために必要な天然資源の抽出を削減しながら、新しい雇用を生み出す可能性を提供するため、公正な移行にも貢献できます。

その結果、FMC は、メンバーが 50 年までに年間使用するアルミニウムの少なくとも 2030% をリサイクルすることを保証するという追加の目標を設定しました。しかし、リサイクルだけでは、金属に対する世界的な渇望の高まりを和らげるには十分ではありません。ミッション・ポッシブル・パートナーシップが発表した摂氏1.5度に合わせた移行戦略. そのため、アルミニウムの一次生産を可能な限りゼロに近づけることが最優先事項です。

技術ソリューションはそこにあります。今それを実現するために

アルミニウム生産を脱炭素化する技術はプロトタイプの形で存在する可能性がありますが、まだ規模に達していないすべての新しい技術と同様に、それらは高価です. それらを商品化することは困難です。それはコストだけではありません。アルミニウムのバリューチェーンは複雑で拡張されています。

たとえばビールの缶は、通常 50% 以上がリサイクルアルミニウムでできていますが、それでも一次アルミニウムが必要です。まずボーキサイトを採掘し、それをアルミナに精製します。純粋なアルミニウムに精錬されるために、他の場所に行くことがよくあります。その後、金属はディスクまたはコイルに加工され、それらを缶に打ち抜く企業によって購入され、飲料業者やボトラーに販売され、小売業者に流通してから消費者に届きます. この長いサプライチェーンは、バイヤーの規模によって複雑になります。鋼鉄とコンクリートには、自動車メーカーや国の調達機関などの大きな「アンカーバイヤー」がいますが、アルミニウムは多くのプレーヤーによって少量で購入されています. そして、脱炭素化の目標とコストを共有するために、鉱山会社から飲料小売業者まで、関係するすべての関係者が一致団結する必要があります。

ボール株式会社アルミ包装の大手メーカーであり、FMC のメンバーであるは、バリューチェーンパートナーとの提携に向けて最初の動きを見せました。同社は、アルミニウムのサプライヤーや FMC メンバーのノベリスとリオティントと協力して、カナダ初の特別にマークされた低炭素飲料缶コロナビールに。缶の一部はリサイクルされたアルミニウムと、水力発電で精製され、 Elysisと呼ばれる温室効果ガスを含まない不活性陽極技術。このブレークスルーは、競合する 13 つのアルミニウム業界の巨人、アルコアとリオティントの間の前例のないコラボレーションと、Apple からの 80 万ドル (CAD) の投資と技術サポート、およびカナダからのそれぞれ 2024 万ドル (CAD) の追加投資によって可能になりました。そしてケベック州政府。 Elysis はまだプロトタイプの段階ですが、チームは XNUMX 年までにこの技術を商用利用できるようにすることを目指しています。

FMC などの連合を通じてバリューチェーンを調整することは、脱炭素化の取り組みにとって重要です。整合性のとれたバリューチェーンがなければ、生産者への需要シグナルが変化につながらない可能性があります。このような連携は、リサイクルに関する政策の強化から研究開発への共同投資に至るまで、さまざまなテーマについて政府とのより良い対話にもつながります。

画期的な技術を組み合わせて使用すると、アルミニウム生産プロセス全体で、一次アルミニウム 3 トンあたり 2 トンの COXNUMX というしきい値を下回ることができます。

政府は、一次アルミニウムの精製と製錬の脱炭素化を促進する上で重要な役割を担っています。中東には、豊富な太陽光発電の可能性を利用して貢献する機会があります。中国は正しい方向への動きを見せており、石炭を燃料とする精製事業の一部を閉鎖し、水力発電が豊富な地域に新しい工場を開設しています。しかし、政府はこのセクターに直接的な財政支援を提供する必要があるかもしれません。追加の再生可能エネルギー、CCUS、および不活性陽極を中心とした製錬プロセスの再設計を含む、アルミニウムの脱炭素化に必要な新しい技術には、1 年までに約 2050 兆ドルの費用がかかるため、州はインセンティブ、投資、および市場に介入する必要がある可能性があります。ベースの措置。低炭素への移行に不可欠なリチウムや銅などの材料の生産は、すでに政府の補助金を引き付けています。輸送やバッテリー技術などの他の部門の脱炭素化を助ける役割を考えると、アルミニウムもそうでなければなりません。

ヨーロッパでは、欧州連合が提案する炭素境界調整メカニズム (CBAM) これは、単一市場への輸出を検討しているアルミニウムサプライヤーへの警鐘です。 2030 年までに、CBAM は、輸入された製品や原材料に含まれる CO100 2 トンあたり 16 ユーロの税金を課す可能性があり、EU の国内生産者向け排出量取引制度 (ETS) のコストを模倣しています。 2 トンの CO60 フットプリントを持つ XNUMX メートルトンのアルミニウムの場合、金属のコストが XNUMX% 増加する可能性があります。このようなメカニズムは、脱炭素化されたアルミニウムが商業化されれば継続的に競争するのに役立つかもしれませんが、企業の資金を集めて脱炭素化の道筋を危険から取り除くには、画期的な技術への政府の直接投資のモデルが必要になるかもしれません.

このセクターは、必要な供給を提供するために、初期段階のほぼゼロの排出量生産をスケールアップするために時間との戦いを繰り広げています。企業は、2050 年までにネットゼロへの道筋に沿ってセクターを調整するために必要な、深い脱炭素化技術の展開をサポートするために、明確なリーダーシップの立場を取る必要があります。追加のコストは発生しますが、FMC などの連合は、これらのコストに対処するには、透明性とコラボレーションが必要です。それを実現するためのテクノロジーが存在します。これは、グラスでなくても育てる価値があります。それなら、低炭素ビールなら可能です。

この記事は、Jonathan Walter、BCG の Andrew Alcorta、Henry Mumford の共著です。