Purifying The ‘miracle Metal’: How To Decarbonize Aluminum

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

[Ta članek je del serije članov koalicije First Movers Coalition. Preberete lahko več zgodb o pobudi tukaj.]

Aluminij je bil opisan kot "čudežna kovina." Čeprav je najbolj razširjena kovina v zemeljski skorji, je aluminij v 19. stoletju zaradi težav, povezanih z njegovo rafinacijo, postal dragocenejši od srebra ali zlata. Napoleon III. ga je tako cenil, da je svojim najbolj častnim gostom hrano stregel na aluminijastih krožnikih. Danes ostaja material visoke vrednosti, cenjen zaradi svoje lahke vsestranskosti, vojaške trdnosti, odpornosti proti koroziji in ker ga je mogoče neskončno reciklirati.

Kaj torej ni všeč? Energijsko intenzivni nizi procesov, ki spremenijo surovo boksitno rudo v čisto kovino, v povprečju oddajajo 16 metričnih ton CO2 za vsako metrično tono primarnega aluminija proizvedeno. Sektor kot celota ustvarja okoli 1.1 milijarde metričnih ton CO2 vsako leto, kar predstavlja 2 odstotka svetovnih emisij, ki jih povzroči človek.. Več kot 60 odstotkov teh emisij izvira iz proizvodnje porabljene električne energije med postopkom taljenja.

Še več, povpraševanje po čudežni kovini – ki ga poganjajo industrije, kot so transport, gradbeništvo, embalaža in električni sektor – naj bi do leta 40 povečati za skoraj 2030 odstotkov. Dve tretjini te rasti se pričakuje iz Kitajske in Azije, kar je zaskrbljujoče, saj je kitajski proces taljenja močno odvisen od lastnih elektrarn na premog. Brez napredka pri recikliranju in razogljičenju je emisije sektorja bi lahko do leta 2 dosegle skoraj 2050 milijardi metričnih ton.

Težka tarča koalicije prvih potez

Nekaj novih tehnologij ima potencial za čiščenje aluminija, vendar le najbolj ambiciozni dosežejo težak cilj Koalicija prvih potez Svetovnega gospodarskega foruma (FMC), globalna pobuda za izkoriščanje kupne moči podjetij za razogljičenje industrij z največjimi emisijami na planetu. Člani FMC so se zavezali k cilju, da bo vsaj 10 odstotkov primarnega aluminija, ki ga bodo do leta 2030 nabavili letno, proizvedenega s postopki skoraj ničelnih emisij. Opredelitev "skoraj nič" je težka stvar: izpusti manj kot tri metrične tone CO2 na metrično tono primarnega aluminija. To pomeni veliko zmanjšanje trenutnih emisij za 85 odstotkov ali več.

Da bi razumeli, kako doseči tako globoko razogljičenje, potrebujemo hiter ogled postopka izdelave aluminija. Boksit je surovina – kopljejo ga iz zemlje in rafinirajo v aluminijev oksid ali »aluminijev oksid« z večfaznim postopkom, ki vključuje segrevanje na približno 1,000 stopinj Celzija. Da bi dosegle to toploto, številne rafinerije na kraju samem kurijo fosilna goriva, ki pri tem oddajajo velike količine CO2. Drugi postopek, znan kot taljenje, spremeni aluminijev oksid v čisto kovino aluminija z elektrolizo, ki uporablja veliko električne energije in ogljikove anode, ki prav tako oddajajo velike količine CO2.

Obstoječe oblike obnovljive energije – kot sta vodna ali sončna – nam bodo pripeljale približno dve tretjini poti do aluminija brez emisij.

Dobra novica je, da nam bodo obstoječe oblike obnovljive energije – kot sta vodna ali sončna – pripeljale približno dve tretjini poti do aluminija brez emisij. Čisto energijo lahko uporabimo za nove elektrificirane kotle in žganje, ki sodelujejo pri rafiniranju boksitne rude v aluminijev oksid — in tudi za proces taljenja z veliko električne energije. Toda to je lahko kratkoročno drago. To pomeni selitev obratov na lokacije z dostopom do obnovljivih virov energije in naknadno opremljanje rafinerij za namestitev nove opreme.

Nekatere nastajajoče nove tehnologije – ki jih je mogoče izvajati v obstoječih tovarnah aluminija – lahko pomagajo zmanjšati vrzel proti aluminiju brez emisij. Postopek taljenja je mogoče popolnoma razogljičiti z zamenjavo teh ogljikovih anod z inertnimi anodami, ki oddajajo kisik namesto CO2. Postopek, znan kot "mehanska rekompresija hlapov", omogoča, da se toplotna energija, potrebna za rafiniranje, reciklira in ne sprosti. Za preostale emisije pa obstajajo tehnologije, kot je zajemanje, uporaba in shranjevanje ogljika (CCUS), ki prestrežejo emisije iz procesov rafiniranja in taljenja. Ko se nekaj teh prelomnih tehnologij uporabi skupaj, lahko celoten proces proizvodnje aluminija spravijo pod prag 3 metričnih ton CO2 na metrično tono primarnega aluminija.

Za razliko od večine drugih sektorjev v FMC ima lahko recikliranje veliko vlogo pri poti do razogljičenja sektorja aluminija, zlasti ker velja, da je kovino mogoče neskončno reciklirati. Recikliranje porabi približno 5 odstotkov energije, potrebne za izdelavo novega aluminija, zato je komercialno in okoljsko smiselno. Pretaljenje aluminija je danes zelo razširjeno z več kot 30 milijonov metričnih ton recikliranega aluminija vsako leto nazaj k novim izdelkom. Prispeva lahko tudi k pravičnemu prehodu, saj zbiranje, sortiranje in recikliranje ponujajo potencial za ustvarjanje novih delovnih mest, hkrati pa zmanjšujejo črpanje naravnih virov, ki je potrebno za podporo primarne proizvodnje aluminija.

Posledično je FMC svojim članom zastavil dodaten cilj, da zagotovijo, da se do leta 50 reciklira vsaj 2030 odstotkov aluminija, ki ga letno uporabijo. Vendar samo recikliranje ne bo zadostovalo za potešitev naraščajoče svetovne žeje po kovini – v resnici bo do leta 2050 zagotovilo le polovico pričakovanega povpraševanja po Prehodna strategija za 1.5 stopinje C, ki jo je objavilo partnerstvo Mission Possible. Zato ostaja primarna proizvodnja aluminija čim bližje ničelnim emisijam glavna prednostna naloga.

Tehnična rešitev je tam. Zdaj, da se to zgodi

Čeprav lahko tehnologije za razogljičenje proizvodnje aluminija obstajajo v prototipnih oblikah, so drage, tako kot vse nove tehnologije, ki še niso dosegle obsega. Njihova komercializacija je zahtevna – in ne gre samo za stroške; vrednostna veriga aluminija je zapletena in razširjena.

Vzemimo na primer pločevinko za pivo, ki je običajno izdelana iz več kot 50 odstotkov recikliranega aluminija, vendar še vedno potrebuje primarni aluminij. Najprej izkopate boksit, nato pa ga rafinirate v aluminijev oksid. Pogosto gre kam drugam, da ga pretalijo v čisti aluminij. Kovina se nato predela v diske ali tuljave, kupijo jih podjetja, ki jih preluknjajo v pločevinke, prodajo podjetjem za proizvodnjo pijač in polnilnicam, razdelijo trgovcem na drobno in šele nato dosežejo potrošnika. To dolgo dobavno verigo otežuje velikost kupcev. Medtem ko imata jeklo in beton velike "sidrne kupce", kot so proizvajalci avtomobilov ali državne agencije za javna naročila, aluminij v majhnih količinah kupuje veliko igralcev. In vsi udeleženi akterji – od rudnika do trgovca s pijačami – morajo biti usklajeni, da si delijo cilj in stroške razogljičenja.

Ball Corporation, velik proizvajalec aluminijaste embalaže in član FMC, je naredil prvi korak k povezovanju s svojimi partnerji v vrednostni verigi. Podjetje se je povezalo z dobavitelji aluminija in kolegoma članoma FMC Novelisom in Rio Tintom, da bi ustvarilo Prva kanadska pločevinka za pijačo z nizko vsebnostjo ogljika, posebej označena za pivo Corona. Pločevinka je deloma izdelana iz recikliranega aluminija skupaj s primarnim aluminijem s skoraj nič emisijami, ki je rafiniran z vodno energijo in taljen z tehnologija inertne anode brez toplogrednih plinov, imenovana Elysis. Ta preboj je omogočil sodelovanje brez primere med dvema konkurenčnima velikanoma aluminijske industrije – Alcoa in Rio Tinto – skupaj s 13 milijoni USD (CAD) naložbe in tehnične podpore družbe Apple ter dodatnih naložb v višini 80 milijonov USD (CAD) vsakega s strani Kanade. in vlade Quebeca. Elysis je še vedno v fazi prototipa, vendar si ekipa prizadeva, da bo tehnologija komercialno dostopna do leta 2024.

Usklajevanje vrednostne verige prek koalicij, kot je FMC, je ključnega pomena za prizadevanja za dekarbonizacijo. Brez usklajene vrednostne verige signali povpraševanja proizvajalcem morda ne bodo vodili do sprememb. Tovrstne koalicije vodijo tudi k boljšim pogovorom z vladami o številnih temah, od zaostrovanja politik o recikliranju do sovlaganja v raziskave in razvoj.

Ko se prelomne tehnologije uporabljajo skupaj, lahko spravijo celoten proces proizvodnje aluminija pod prag 3 metričnih ton CO2 na metrično tono primarnega aluminija.

Vlade imajo ključno vlogo pri spodbujanju dekarbonizacije primarnega rafiniranja in taljenja aluminija. Bližnji vzhod ima priložnost prispevati z uporabo svojega bogatega potenciala sončne energije. Kitajska kaže gibanje v pravo smer, zapira nekatere operacije rafiniranja na premog in odpira nove tovarne v regijah, bogatih s hidroenergijo. Toda vlade bodo morda morale sektorju zagotoviti tudi neposredno finančno podporo. Nove tehnologije, potrebne za razogljičenje aluminija – vključno z dodatno obnovljivo energijo, CCUS in preoblikovanje procesa taljenja okoli inertnih anod – bodo do leta 1 stale približno 2050 bilijon dolarjev, zato je verjetno, da bodo države morale posredovati s spodbudami, naložbami in trgom. temeljijo ukrepi. Proizvodnja materialov, kot sta litij ali baker, ki je ključnega pomena za nizkoogljični prehod, že privablja državne subvencije. Enako mora veljati tudi za aluminij, glede na njegovo vlogo pri razogljičenju drugih sektorjev, kot sta promet in baterijska tehnologija.

V Evropi Mehanizem prilagajanja meja ogljika (CBAM), ki ga predlaga Evropska unija je opozorilo za dobavitelje aluminija, ki želijo izvažati na enotni trg. Do leta 2030 bi lahko CBAM zaračunal davek v višini 100 evrov na metrično tono CO2, ki ga vsebujejo uvoženi izdelki in materiali, kar bi posnemalo stroške sheme EU za trgovanje z emisijami (ETS) za lokalne proizvajalce. Za metrično tono aluminija s 16-tonskim odtisom CO2 bi to lahko dodalo 60 odstotkov k ceni kovine. Medtem ko lahko takšen mehanizem pomaga dekarboniziranemu aluminiju pri stalni konkurenčnosti, ko bo komercializiran, bo model neposrednega državnega vlaganja v prebojno tehnologijo morda potreben za povečanje korporativnih financ in oviranje poti dekarbonizacije.

Sektor je v tekmi s časom, da bi povečal svojo nastajajočo proizvodnjo s skoraj ničelnimi emisijami, da bi zagotovil zahtevano ponudbo. Podjetja morajo zavzeti jasno vodilno pozicijo, da podprejo uvedbo tehnologij za globoko razogljičenje, ki so potrebne za uskladitev sektorja po poti do ničelne neto vrednosti do leta 2050. Pojavili se bodo dodatni stroški, vendar bodo koalicije, kot je FMC, pomagale ustvariti preglednost in sodelovanje, ki sta potrebna za reševanje teh stroškov. Tehnologija je na voljo, da to uresniči – in to je vredno dvigniti če ne kozarec, pa zagotovo pločevinko piva z nizko vsebnostjo ogljika.

Ta članek so soavtorji Jonathan Walter ter Andrew Alcorta in Henry Mumford iz BCG.