Очистка «чудо-металла»: как обезуглерожить алюминий

Переиздано Платоном

Читают: 0

[Эта статья является частью серии статей членов Коалиции первопроходцев. Вы можете прочитать больше историй об инициативе здесь.]

Алюминий был описан как «чудо-металл». Хотя это самый распространенный металл в земной коре, сложности, связанные с его очисткой, сделали алюминий более ценным, чем серебро или золото в 19 веке. Наполеон III так ценил это, что подавал еду своим самым почетным гостям на алюминиевых тарелках. Сегодня он остается ценным материалом, ценящимся за его легкость, универсальность, прочность военного уровня, устойчивость к коррозии и возможность многократной переработки.

Итак, что не нравится? Ну а энергоемкий ряд процессов, превращающих необработанную бокситовую руду в чистый металл, в среднем выбрасывает 16 метрических тонн CO2 на каждую метрическую тонну первичного алюминия произведено. Сектор в целом генерирует около 1.1 миллиарда метрических тонн CO2 ежегодно, что составляет 2 процента мировых антропогенных выбросов., Больше, чем 60 процентов этих выбросов приходится на производство потребляемой электроэнергии. в процессе плавки.

Более того, прогнозируется, что спрос на этот чудо-металл, обусловленный такими отраслями, как транспорт, строительство, упаковка и электроэнергетика, возрастет. увеличится почти на 40 процентов к 2030 году. Две трети этого роста ожидается за счет Китая и Азии, что вызывает обеспокоенность, учитывая, что процесс плавки в Китае в значительной степени зависит от собственных угольных электростанций. Без достижений в переработке и обезуглероживании к 2 году выбросы в этом секторе могут возрасти почти до 2050 миллиардов метрических тонн..

Жесткая цель от коалиции первопроходцев

Горстка новых технологий обладает потенциалом для очистки алюминия, но только самые амбициозные из них соответствуют жесткой цели Коалиция первопроходцев Всемирного экономического форума (FMC), глобальная инициатива, направленная на использование покупательной способности компаний для обезуглероживания отраслей с самым высоким уровнем выбросов на планете. Члены FMC поставили перед собой цель, согласно которой к 10 году не менее 2030 процентов ежегодно закупаемого ими первичного алюминия будет производиться с использованием процессов с почти нулевым уровнем выбросов. Определение «близкий к нулю» является трудным моментом: выброс менее трех метрических тонн CO2 на метрическую тонну первичного алюминия. Это представляет собой огромное сокращение текущих выбросов на 85 процентов и более.

Чтобы понять, как добиться такой глубокой декарбонизации, нам нужно быстро ознакомиться с процессом производства алюминия. Боксит является сырьем — его добывают из-под земли и перерабатывают в оксид алюминия или «глинозем» посредством многоэтапного процесса, включающего нагрев его примерно до 1,000 градусов по Цельсию. Чтобы получить это тепло, многие нефтеперерабатывающие заводы сжигают ископаемое топливо на месте, при этом выделяется большое количество CO2. Второй процесс, известный как плавка, превращает глинозем в чистый металлический алюминий посредством электролиза, при котором используется много электроэнергии и угольных анодов, которые также выделяют большое количество CO2.

Существующие формы возобновляемой энергии, такие как гидроэнергетика или солнечная энергия, обеспечат нам примерно две трети пути к алюминию с нулевым уровнем выбросов.

Хорошей новостью является то, что существующие формы возобновляемой энергии, такие как гидро- или солнечная энергия, проложат нам примерно две трети пути к алюминию с нулевым уровнем выбросов. Мы можем использовать чистую энергию для новых электрифицированных котлов и кальцинаторов, используемых для переработки бокситовой руды в глинозем, а также для электроемкого процесса плавки. Но это может быть дорого в краткосрочной перспективе. Это означает перемещение заводов в места с доступом к возобновляемым источникам энергии и модернизацию нефтеперерабатывающих заводов для установки нового оборудования.

Некоторые появляющиеся новые технологии, которые можно внедрить на существующих алюминиевых заводах, могут помочь сократить разрыв в направлении производства алюминия с нулевым уровнем выбросов. Процесс плавки можно полностью обезуглерожить, заменив угольные аноды инертными анодами, которые выделяют кислород вместо CO2. Процесс, известный как «механическая рекомпрессия паров», позволяет рециркулировать тепловую энергию, необходимую для очистки, а не высвобождать ее. А для остальных выбросов существуют такие технологии, как улавливание, использование и хранение углерода (CCUS), чтобы перехватывать выбросы как в процессах переработки, так и в процессах плавки. При совместном использовании нескольких из этих передовых технологий весь процесс производства алюминия может быть ниже порогового значения в 3 метрических тонны CO2 на метрическую тонну первичного алюминия.

В отличие от большинства других секторов в FMC, переработка может сыграть большую роль на пути к обезуглероживанию алюминиевого сектора, тем более что этот металл считается бесконечно пригодным для повторного использования. На переработку уходит около 5 процентов энергии, необходимой для производства нового алюминия., так что это имеет коммерческий, а также экологический смысл. Сегодня переплавка алюминия широко распространена в масштабах более чем 30 миллионов метрических тонн переработанного алюминия ежегодно возвращаются к новым продуктам. Это также может способствовать справедливому переходу, поскольку сбор, сортировка и переработка открывают возможности для создания новых рабочих мест при одновременном сокращении добычи природных ресурсов, необходимых для поддержки производства первичного алюминия.

Следовательно, FMC поставила перед своими членами дополнительную цель обеспечить переработку не менее 50 процентов алюминия, который они ежегодно используют, к 2030 году. Однако одной лишь переработки будет недостаточно, чтобы утолить растущую глобальную потребность в металле — фактически, к 2050 году он будет удовлетворять только половину ожидаемого спроса. Стратегия перехода в соответствии с 1.5 градусами C, опубликованная Миссией возможного партнерства. Таким образом, обеспечение производства первичного алюминия как можно более близким к нулевым выбросам остается главным приоритетом.

Техническое решение есть. Теперь, чтобы это произошло

Хотя технологии декарбонизации производства алюминия могут существовать в виде прототипов, как и все новые технологии, которые еще не достигли масштабов, они дороги. Их коммерциализация сложна — и дело не только в стоимости; цепочка создания стоимости алюминия сложна и расширена.

Возьмем, к примеру, банку из-под пива, которая обычно более чем на 50 процентов состоит из переработанного алюминия, но все еще требует первичного алюминия. Сначала вы добываете бокситы, а затем перерабатываете их в глинозем. Его часто отправляют куда-то еще, чтобы переплавить в чистый алюминий. Затем металл перерабатывается в диски или рулоны, покупается компаниями, которые штампуют его в банки, продаются предприятиям по производству напитков и разливочным предприятиям, распределяются по розничным торговцам и только после этого достигают потребителя. Эта длинная цепочка поставок усугубляется размером покупателей. В то время как у стали и бетона есть крупные «якорные покупатели», такие как производители автомобилей или государственные закупочные агентства, алюминий покупается в небольших количествах многими игроками. И все вовлеченные игроки — от горнодобывающей компании до розничного продавца напитков — должны объединиться, чтобы разделить цель и стоимость декарбонизации.

Корпорация Болл, крупный производитель алюминиевой упаковки и член FMC, сделал первый шаг к сотрудничеству со своими партнерами по цепочке создания стоимости. Компания объединилась с поставщиками алюминия и другими членами FMC Novelis и Rio Tinto для создания Первая в Канаде банка для напитков с низким содержанием углерода со специальной маркировкой для пива Корона. Банка частично изготовлена из переработанного алюминия, а также из первичного алюминия с почти нулевым уровнем выбросов, очищенного с помощью гидроэнергетики и выплавленного с использованием технология инертных анодов, не содержащих парниковых газов, под названием Elysis. Этот прорыв стал возможен благодаря беспрецедентному сотрудничеству между двумя конкурирующими гигантами алюминиевой промышленности — Alcoa и Rio Tinto — наряду с инвестициями и технической поддержкой в размере 13 миллионов долларов США (CAD) от Apple, а также дополнительными инвестициями в размере 80 миллионов долларов США (CAD) от каждого канадского производителя. и правительства Квебека. Elysis все еще находится на стадии прототипа, но команда планирует сделать технологию коммерчески доступной к 2024 году.

Выравнивание цепочки создания стоимости с помощью таких коалиций, как FMC, имеет решающее значение для усилий по декарбонизации. Без согласованной цепочки создания стоимости сигналы о спросе для производителей могут не привести к каким-либо изменениям. Подобные коалиции также способствуют более эффективному диалогу с правительствами по целому ряду вопросов, от ужесточения политики утилизации до совместного инвестирования в НИОКР.

При совместном использовании прорывных технологий весь процесс производства алюминия может быть ниже порогового значения в 3 метрических тонны CO2 на метрическую тонну первичного алюминия.

Правительства должны сыграть ключевую роль в поощрении обезуглероживания при переработке и выплавке первичного алюминия. У Ближнего Востока есть возможность внести свой вклад, используя свой богатый потенциал солнечной энергии. Китай демонстрирует движение в правильном направлении, закрывая некоторые предприятия по переработке угля и открывая новые заводы в регионах, изобилующих гидроэнергетикой. Но правительствам также может потребоваться оказать прямую финансовую поддержку этому сектору. Новые технологии, необходимые для обезуглероживания алюминия, включая дополнительные возобновляемые источники энергии, CCUS и модернизацию процесса плавки с использованием инертных анодов, будут стоить около 1 триллиона долларов до 2050 года, поэтому вполне вероятно, что государствам придется вмешаться с помощью стимулов, инвестиций и рыночных мер. основанные меры. Производство таких материалов, как литий или медь, жизненно важных для перехода к низкоуглеродной технологии, уже привлекает государственные субсидии. То же самое и с алюминием, учитывая его роль в обезуглероживании других секторов, таких как транспорт и производство аккумуляторов.

В Европе Предлагаемый Европейским союзом механизм корректировки углеродных границ (CBAM) является тревожным сигналом для поставщиков алюминия, стремящихся выйти на единый рынок. К 2030 году CBAM может взимать налог в размере 100 евро за метрическую тонну CO2, содержащегося в импортируемых продуктах и материалах, имитируя стоимость схемы торговли выбросами ЕС (ETS) для местных производителей. Для метрической тонны алюминия с выбросом CO16 в 2 метрических тонн это может добавить 60 процентов к стоимости металла. Хотя такой механизм может помочь обезуглероженному алюминию конкурировать на постоянной основе после его коммерциализации, модель прямых государственных инвестиций в прорывные технологии может оказаться необходимой для привлечения корпоративных финансов и снижения рисков на пути декарбонизации.

Сектор находится в гонке со временем, чтобы увеличить свое зарождающееся производство с почти нулевым уровнем выбросов, чтобы обеспечить необходимое предложение. Компаниям необходимо занять четкую лидирующую позицию, чтобы поддержать внедрение технологий глубокой декарбонизации, необходимых для вывода сектора на путь достижения нулевого уровня выбросов к 2050 году. Будут дополнительные расходы, но коалиции, такие как FMC, помогут создать прозрачность и сотрудничество, необходимые для покрытия этих расходов. Технологии существуют для того, чтобы это произошло, и за это стоит поднять если не стакан, то, безусловно, низкоуглеродистую пивную банку.

Эта статья была написана в соавторстве с Джонатаном Уолтером и Эндрю Алькорта и Генри Мамфордом из BCG.