Purifying The ‘miracle Metal’: How To Decarbonize Aluminum

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

[Acest articol face parte dintr-o serie de membri ai Coaliției First Movers. Puteți citi mai multe povești despre inițiativă aici.]

Aluminiul a fost descris ca fiind „metal minune.” Deși este cel mai abundent metal din scoarța terestră, complexitățile implicate în rafinarea lui au făcut ca aluminiul să fie mai prețios decât argintul sau aurul în timpul secolului al XIX-lea. Napoleon al III-lea a apreciat-o atât de mult încât le-a servit celor mai onorati oaspeți mâncarea lor pe farfurii de aluminiu. Rămâne un material de mare valoare și astăzi, apreciat pentru versatilitatea sa ușoară, rezistența militară, rezistența la coroziune și pentru că este reciclabil la infinit.

Deci, ce nu-i place? Ei bine, seria de procese consumatoare de energie care transformă minereul brut de bauxită într-un metal pur emite în medie 16 tone metrice de CO2 pentru fiecare tonă metrică de aluminiu primar produs. Sectorul în ansamblu generează în jur 1.1 miliarde de tone metrice de CO2 în fiecare an, reprezentând 2% din emisiile globale produse de om. Mai mult decât 60% din aceste emisii provin din producerea energiei electrice consumate în timpul procesului de topire.

Mai mult decât atât, cererea pentru metalul miraculos - condusă de industrii precum transporturile, construcțiile, ambalarea și sectorul electric - se preconizează că va crește cu aproape 40% până în 2030. Două treimi din această creștere este așteptată din China și Asia, o îngrijorare având în vedere că procesul de topire al Chinei depinde în mare măsură de centralele captive pe cărbune. Fără progrese în reciclare și decarbonizare, emisiile din sector ar putea ajunge la aproape 2 miliarde de tone până în 2050.

Țintă dură de la Coaliția First Movers

O mână de tehnologii noi dețin potențialul de a curăța aluminiul, dar numai cele mai ambițioase îndeplinesc obiectivul dur al Coaliția First Movers a Forumului Economic Mondial (FMC), o inițiativă globală de valorificare a puterii de cumpărare a companiilor pentru a decarboniza industriile cu cele mai mari emisii de pe planetă. Membrii FMC s-au angajat să urmărească ca cel puțin 10% din aluminiul primar pe care îl achiziționează anual până în 2030 să fie produs prin procese cu emisii aproape de zero. Definiția „aproape de zero” este cea mai dificilă: emite mai puțin de trei tone metrice de CO2 per tonă metrică de aluminiu primar. Aceasta reprezintă o reducere uriașă a emisiilor actuale de 85 la sută sau mai mult.

Pentru a înțelege cum să obținem o astfel de decarbonizare profundă, avem nevoie de un tur rapid al procesului de fabricație a aluminiului. Bauxita este materia primă – este extrasă din pământ și rafinată în oxid de aluminiu, sau „alumină”, printr-un proces în mai multe faze care include încălzirea la aproximativ 1,000 de grade Celsius. Pentru a obține această căldură, multe rafinării ard combustibili fosili la fața locului, care emit cantități mari de CO2 în acest proces. Al doilea proces, cunoscut sub numele de topire, transformă alumina în metal aluminiu pur prin electroliză, care utilizează multă energie electrică și anozi de carbon care emit și cantități mari de CO2.

Formele existente de energie regenerabilă - cum ar fi hidro sau solar - ne vor aduce aproximativ două treimi din drumul către aluminiu cu emisii zero.

Vestea bună este că formele existente de energie regenerabilă - cum ar fi hidro sau solar - ne vor aduce aproximativ două treimi din drumul către aluminiu cu emisii zero. Putem folosi energie curată pentru noile cazane electrificate și calcinare implicate în rafinarea minereului de bauxită în alumină - și, de asemenea, pentru procesul de topire intens cu energie electrică. Dar acest lucru poate fi costisitor pe termen scurt. Înseamnă mutarea uzinelor în locații cu acces la energie regenerabilă și modernizarea rafinăriilor pentru a instala noul echipament.

Unele tehnologii noi emergente – care pot fi implementate la fabricile de aluminiu existente – pot ajuta la reducerea decalajului față de aluminiul cu emisii zero. Procesul de topire poate fi complet decarbonizat prin înlocuirea acelor anozi de carbon cu anozi inerți care emit oxigen în loc de CO2. Un proces cunoscut sub numele de „recomprimare mecanică a vaporilor” permite ca energia termică necesară rafinarii să fie reciclată, mai degrabă decât eliberată. Iar pentru emisiile rămase, există tehnologii precum captarea, utilizarea și stocarea carbonului (CCUS) pentru a intercepta emisiile atât din procesele de rafinare, cât și din procesele de topire. Când câteva dintre aceste tehnologii inovatoare sunt utilizate împreună, ele pot duce întregul proces de producție de aluminiu sub pragul de 3 tone metrice de CO2 per tonă metrică de aluminiu primar.

Spre deosebire de majoritatea celorlalte sectoare din FMC, reciclarea poate juca un rol important în călătoria către decarbonizarea sectorului aluminiului, mai ales că metalul este considerat reciclabil la infinit. Reciclarea necesită aproximativ 5% din energia necesară pentru a face aluminiu nou, deci are sens atât comercial, cât și ecologic. Retopirea aluminiului este larg răspândită la scară astăzi cu mai mult de 30 de milioane de tone metrice de aluminiu reciclat revenind anual la produse noi. De asemenea, poate contribui la o tranziție justă, deoarece colectarea, sortarea și reciclarea oferă potențialul de a crea noi locuri de muncă, reducând în același timp extracția de resurse naturale necesară pentru a susține producția primară de aluminiu.

În consecință, FMC a stabilit un obiectiv suplimentar pentru membrii săi, pentru a se asigura că cel puțin 50% din aluminiul pe care îl folosesc anual până în 2030 este reciclat. Cu toate acestea, reciclarea singură nu va fi suficientă pentru a potoli setea globală în creștere pentru metal - de fapt, va furniza doar jumătate din cererea așteptată până în 2050, conform studiului. Strategia de tranziție aliniată la 1.5 grade C publicată de Mission Possible Partnership. Prin urmare, obținerea producției primare de aluminiu cât mai aproape de zero emisii rămâne o prioritate maximă.

Soluția tehnologică există. Acum să se întâmple

În timp ce tehnologiile de decarbonizare a producției de aluminiu pot exista în forme prototip, la fel ca toate tehnologiile noi care încă nu au ajuns la scară, ele sunt costisitoare. Comercializarea lor este o provocare - și nu este doar costul; Lanțul valoric al aluminiului este complicat și extins.

Luați o cutie de bere, de exemplu, care este de obicei făcută din mai mult de 50% din aluminiu reciclat, dar încă necesită aluminiu primar. Mai întâi extragi bauxita, apoi o rafinezi în alumină. Adesea merge în altă parte pentru a fi topit în aluminiu pur. Metalul este apoi procesat în discuri sau bobine, cumpărate de companiile care le pun cu pumnul în cutii, vândute întreprinderilor de băuturi și îmbuteliatorilor, distribuite comercianților cu amănuntul și abia apoi ajunge la consumator. Acest lanț lung de aprovizionare este agravat de dimensiunea cumpărătorilor. În timp ce oțelul și betonul au mari „cumpărători de ancorare”, cum ar fi producătorii de automobile sau agențiile de achiziții publice, aluminiul este cumpărat în cantități mici de mulți jucători. Și toți jucătorii implicați – de la compania minieră până la vânzătorul cu amănuntul de băuturi – trebuie să fie aliniați pentru a împărtăși obiectivul și costul decarbonizării.

Corporația Ball, un producător important de ambalaje din aluminiu și membru al FMC, a făcut o primă mișcare spre alinierea cu partenerii săi din lanțul valoric. Compania a făcut echipă cu furnizorii de aluminiu și colegii membri FMC Novelis și Rio Tinto pentru a crea Prima cutie de băutură cu emisii scăzute de carbon marcată special din Canada pentru berea Corona. Cutia este fabricată parțial din aluminiu reciclat împreună cu aluminiu primar cu emisii aproape zero, rafinat cu hidroenergie și topit folosind un tehnologie cu anod inert fără gaze cu efect de seră numită Elysis. Această descoperire a fost posibilă printr-o colaborare fără precedent între doi giganți concurenți din industria aluminiului – Alcoa și Rio Tinto – împreună cu investiții de 13 milioane USD (CAD) și asistență tehnică de la Apple, plus investiții suplimentare de 80 milioane USD (CAD) fiecare din Canada. și guvernele Quebec. Elysis este încă în stadiul de prototip, dar echipa își propune să facă tehnologia disponibilă comercial până în 2024.

Alinierea lanțului valoric, prin coaliții precum FMC, este esențială pentru eforturile de decarbonizare. Fără un lanț valoric aliniat, semnalele de cerere către producători ar putea să nu conducă la nicio schimbare. Aceste tipuri de coaliții conduc, de asemenea, la conversații mai bune cu guvernele în jurul unei game de subiecte, de la înăsprirea politicilor privind reciclarea până la co-investirea în cercetare și dezvoltare.

Atunci când tehnologiile inovatoare sunt utilizate împreună, acestea pot duce întregul proces de producție de aluminiu sub pragul de 3 tone metrice de CO2 per tonă metrică de aluminiu primar.

Guvernele au un rol-cheie de jucat în încurajarea decarbonizării rafinării și topirii aluminiului primar. Orientul Mijlociu are oportunitatea de a contribui, folosind potențialul său abundent de energie solară. China arată o mișcare în direcția corectă, închiderea unor operațiuni de rafinare pe bază de cărbune și deschiderea de noi fabrici în regiuni bogate în hidroenergie. Dar guvernele ar putea avea nevoie și să ofere sprijin financiar direct sectorului. Noile tehnologii necesare pentru decarbonizarea aluminiului – inclusiv energie regenerabilă suplimentară, CCUS și reproiectarea procesului de topire în jurul anozilor inerți – vor costa aproximativ 1 trilion de dolari până în 2050, așa că este probabil că statele vor trebui să intervină cu stimulente, investiții și piață. măsuri bazate. Producția de materiale precum litiul sau cuprul - vitale pentru tranziția cu emisii scăzute de carbon - atrage deja subvenții guvernamentale. La fel, trebuie să fie și aluminiul, dat fiind rolul său de a ajuta la decarbonizarea altor sectoare, cum ar fi transportul și tehnologia bateriilor.

În Europa, Mecanismul de ajustare a frontierei de carbon (CBAM) propus de Uniunea Europeană este un semnal de alarmă pentru furnizorii de aluminiu care doresc să exporte pe piața unică. Până în 2030, CBAM ar putea percepe o taxă de 100 de euro pe tona metrică de CO2 conținută în produsele și materialele importate, mimând costul schemei UE de comercializare a cotelor de emisii (ETS) pentru producătorii locali. Pentru o tonă metrică de aluminiu cu o amprentă de CO16 de 2 tone metrice, aceasta ar putea adăuga 60 la sută la costul metalului. În timp ce un astfel de mecanism poate ajuta aluminiul decarbonizat să concureze în mod continuu odată ce este comercializat, modelul de investiții guvernamentale directe în tehnologia inovatoare poate fi necesar pentru a aglomera finanțele corporative și a risca calea de decarbonizare.

Sectorul se află într-o cursă contra cronometru pentru a-și extinde producția de emisii aproape zero pentru a furniza aprovizionarea necesară. Companiile trebuie să ocupe o poziție clară de lider, pentru a sprijini implementarea tehnologiilor de decarbonizare profundă care sunt necesare pentru a alinia sectorul pe o cale către zero net până în 2050. Vor exista costuri suplimentare, dar coaliții precum FMC vor ajuta la crearea transparența și colaborarea necesare pentru a aborda aceste costuri. Tehnologia este acolo pentru a face acest lucru - și asta merită să ridicați dacă nu un pahar, atunci cu siguranță o cutie de bere cu emisii scăzute de carbon.

Acest articol a fost co-autor de Jonathan Walter și Andrew Alcorta și Henry Mumford de la BCG.