การทำให้บริสุทธิ์ 'โลหะมหัศจรรย์': วิธีการแยกคาร์บอนออกจากอะลูมิเนียม

การทำให้บริสุทธิ์ 'โลหะมหัศจรรย์': วิธีการแยกคาร์บอนออกจากอะลูมิเนียม

Time Stamp: 3 กุมภาพันธ์ 2023 5:00 น.
โหนดต้นทาง: 1936949

[บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของบทความโดยสมาชิกของ First Movers Coalition คุณสามารถอ่านเรื่องราวเพิ่มเติมเกี่ยวกับความคิดริเริ่ม โปรดคลิกที่นี่เพื่ออ่านรายละเอียดเพิ่มเติม.] 

อลูมิเนียมได้รับการอธิบายว่าเป็น “โลหะมหัศจรรย์” ในขณะที่มันเป็นโลหะที่มีอยู่มากมายในเปลือกโลก ความซับซ้อนที่เกี่ยวข้องกับการกลั่นทำให้อลูมิเนียมมีค่ามากกว่าเงินหรือทองในช่วงศตวรรษที่ 19 นโปเลียนที่ XNUMX ให้ความสำคัญกับการเสิร์ฟอาหารบนจานอลูมิเนียมแก่แขกผู้มีเกียรติมากที่สุด มันยังคงเป็นวัสดุที่มีมูลค่าสูงในปัจจุบัน ได้รับการยกย่องในด้านความอเนกประสงค์ที่มีน้ำหนักเบา ความแข็งแกร่งระดับกองทัพ ความทนทานต่อการกัดกร่อน และเนื่องจากมันสามารถนำไปรีไซเคิลได้อย่างไม่จำกัด

ดังนั้นสิ่งที่ไม่ชอบ? กระบวนการที่ใช้พลังงานมากซึ่งเปลี่ยนแร่บอกไซต์ดิบให้กลายเป็นโลหะบริสุทธิ์โดยเฉลี่ย CO16 2 เมตริกตันต่ออะลูมิเนียมปฐมภูมิทุกๆ เมตริกตัน ผลิต. ภาคโดยรวมสร้างรอบ 1.1 พันล้านเมตริกตันของ CO2 ในแต่ละปี คิดเป็น 2 เปอร์เซ็นต์ของการปล่อยก๊าซที่มนุษย์สร้างขึ้นทั่วโลก. กว่า ร้อยละ 60 ของการปล่อยมลพิษเหล่านี้มาจากการผลิตกระแสไฟฟ้าที่ใช้ ระหว่างกระบวนการถลุงแร่

ยิ่งไปกว่านั้น ความต้องการโลหะมหัศจรรย์ ซึ่งขับเคลื่อนโดยอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การขนส่ง การก่อสร้าง บรรจุภัณฑ์ และภาคไฟฟ้า คาดว่าจะ เพิ่มขึ้นเกือบ 40 เปอร์เซ็นต์ภายในปี 2030. สองในสามของการเติบโตนี้คาดว่าจะมาจากจีนและเอเชีย ข้อกังวลเนื่องจากกระบวนการถลุงแร่ของจีนพึ่งพาโรงไฟฟ้าถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงอย่างมาก หากไม่มีความก้าวหน้าในการรีไซเคิลและการลดคาร์บอน การปล่อยก๊าซของภาคส่วนนี้อาจเพิ่มขึ้นเกือบ 2 พันล้านเมตริกตันภายในปี 2050.

เป้าหมายที่ยากลำบากจาก First Movers Coalition

เทคโนโลยีใหม่จำนวนหนึ่งมีศักยภาพในการทำความสะอาดอะลูมิเนียม แต่มีเพียงเทคโนโลยีที่ทะเยอทะยานที่สุดเท่านั้นที่จะบรรลุเป้าหมายที่ยากลำบากของ กลุ่มผู้เคลื่อนไหวคนแรกของ World Economic Forum (FMC) โครงการริเริ่มระดับโลกเพื่อควบคุมกำลังซื้อของบริษัทต่าง ๆ เพื่อลดคาร์บอนในอุตสาหกรรมที่ปล่อยคาร์บอนมากที่สุดของโลก สมาชิกของ FMC มุ่งมั่นที่จะบรรลุเป้าหมายที่อย่างน้อยร้อยละ 10 ของอะลูมิเนียมหลักที่พวกเขาจัดหาทุกปีภายในปี 2030 จะผลิตผ่านกระบวนการปล่อยมลพิษที่ใกล้ศูนย์ คำจำกัดความของ "ใกล้ศูนย์" คือบิตที่ยาก: ปล่อย CO2 น้อยกว่าสามเมตริกตันต่อเมตริกตันของอลูมิเนียมปฐมภูมิ ซึ่งแสดงถึงการลดการปล่อยในปัจจุบันลงอย่างมากถึง 85 เปอร์เซ็นต์หรือมากกว่านั้น

เพื่อให้เข้าใจวิธีการลดคาร์บอนในระดับลึกเช่นนี้ เราจำเป็นต้องมีทัวร์ชมกระบวนการผลิตอะลูมิเนียมอย่างรวดเร็ว แร่บอกไซต์เป็นวัตถุดิบ มันถูกขุดขึ้นมาจากพื้นดินและกลั่นเป็นอลูมิเนียมออกไซด์หรือ "อลูมินา" ผ่านกระบวนการหลายเฟสซึ่งรวมถึงการให้ความร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 องศาเซลเซียส เพื่อให้ได้ความร้อนนี้ โรงกลั่นหลายแห่งเผาเชื้อเพลิงฟอสซิลในสถานที่ซึ่งปล่อย CO2 จำนวนมากในกระบวนการ กระบวนการที่สองเรียกว่าการถลุง เปลี่ยนอลูมินาให้เป็นโลหะอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ผ่านอิเล็กโทรลิซิส ซึ่งใช้ไฟฟ้าจำนวนมากและคาร์บอนแอโนดที่ปล่อย CO2 จำนวนมากเช่นกัน

รูปแบบของพลังงานหมุนเวียนที่มีอยู่ เช่น พลังน้ำหรือแสงอาทิตย์ จะทำให้เราได้รับอะลูมิเนียมที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ประมาณสองในสาม

ข่าวดีก็คือรูปแบบพลังงานหมุนเวียนที่มีอยู่ เช่น พลังน้ำหรือแสงอาทิตย์ จะทำให้เราไปถึงสองในสามของเส้นทางสู่อะลูมิเนียมที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ เราสามารถใช้พลังงานสะอาดสำหรับหม้อต้มและเครื่องเผาแบบใช้พลังงานไฟฟ้าใหม่ที่เกี่ยวข้องกับการกลั่นแร่บอกไซต์ให้เป็นอลูมินา — และสำหรับกระบวนการถลุงที่ใช้ไฟฟ้ามากด้วย แต่อาจมีราคาแพงในระยะสั้น ซึ่งหมายถึงการย้ายโรงงานไปยังตำแหน่งที่สามารถเข้าถึงพลังงานหมุนเวียนได้ และการปรับโรงกลั่นใหม่เพื่อติดตั้งอุปกรณ์ใหม่

เทคโนโลยีใหม่บางอย่างที่เกิดขึ้น ซึ่งสามารถนำไปใช้กับโรงงานอะลูมิเนียมที่มีอยู่ สามารถช่วยลดช่องว่างไปสู่อะลูมิเนียมที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ได้ กระบวนการถลุงแร่สามารถแยกคาร์บอนได้อย่างสมบูรณ์โดยการแทนที่แอโนดคาร์บอนเหล่านั้นด้วยแอโนดเฉื่อยที่ปล่อยออกซิเจนแทนคาร์บอนไดออกไซด์ กระบวนการที่เรียกว่า "การบีบอัดไอเชิงกล" ช่วยให้พลังงานความร้อนที่จำเป็นสำหรับการกลั่นสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้แทนที่จะปล่อยออกมา และสำหรับการปล่อยก๊าซที่เหลือ ยังมีเทคโนโลยี เช่น การดักจับ การใช้ และการจัดเก็บคาร์บอน (CCUS) เพื่อสกัดกั้นการปล่อยก๊าซจากทั้งกระบวนการกลั่นและการถลุง เมื่อใช้เทคโนโลยีที่ก้าวล้ำเหล่านี้บางส่วนร่วมกัน พวกเขาจะได้กระบวนการผลิตอลูมิเนียมทั้งหมดต่ำกว่าเกณฑ์ที่ 2 เมตริกตันของ CO3 ต่ออลูมิเนียมปฐมภูมิหนึ่งเมตริกตัน

ไม่เหมือนกับภาคส่วนอื่นๆ ส่วนใหญ่ใน FMC การรีไซเคิลสามารถมีส่วนสำคัญในการเดินทางสู่การลดคาร์บอนในภาคอะลูมิเนียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อโลหะได้รับการพิจารณาว่าสามารถรีไซเคิลได้ไม่จำกัด การรีไซเคิลใช้พลังงานประมาณ 5 เปอร์เซ็นต์ในการผลิตอะลูมิเนียมใหม่ดังนั้นจึงทำให้เกิดความรู้สึกในเชิงพาณิชย์เช่นเดียวกับสิ่งแวดล้อม การถลุงอะลูมิเนียมแพร่หลายในระดับปัจจุบันโดยมีมากกว่า อะลูมิเนียมรีไซเคิล 30 ล้านเมตริกตัน ไหลกลับไปสู่ผลิตภัณฑ์ใหม่ทุกปี นอกจากนี้ยังสามารถนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่ยุติธรรม เนื่องจากการรวบรวม การคัดแยก และการรีไซเคิลนำเสนอศักยภาพในการสร้างงานใหม่ ในขณะที่ลดการสกัดทรัพยากรธรรมชาติที่จำเป็นสำหรับการสนับสนุนการผลิตอะลูมิเนียมเบื้องต้น

ด้วยเหตุนี้ FMC จึงได้กำหนดเป้าหมายเพิ่มเติมสำหรับสมาชิกเพื่อให้มั่นใจว่ามีการรีไซเคิลอลูมิเนียมอย่างน้อย 50 เปอร์เซ็นต์ที่พวกเขาใช้เป็นประจำทุกปีภายในปี 2030 อย่างไรก็ตาม การรีไซเคิลเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะลดความกระหายโลหะที่เพิ่มขึ้นทั่วโลก อันที่จริง มันจะจัดหาเพียงครึ่งหนึ่งของความต้องการที่คาดไว้ภายในปี 2050 ตามข้อมูลของ กลยุทธ์การเปลี่ยนผ่าน 1.5 องศา C ที่เผยแพร่โดย Mission Possible Partnership. ดังนั้นการทำให้การผลิตอะลูมิเนียมขั้นต้นใกล้เคียงกับศูนย์การปล่อยมลพิษมากที่สุดยังคงมีความสำคัญสูงสุด

โซลูชันทางเทคนิคอยู่ที่นั่น ตอนนี้เพื่อให้มันเกิดขึ้น

ในขณะที่เทคโนโลยีในการลดคาร์บอนในการผลิตอะลูมิเนียมอาจมีอยู่ในรูปแบบต้นแบบ เช่นเดียวกับเทคโนโลยีใหม่ทั้งหมดที่ยังไม่ถึงขนาด แต่ก็มีราคาแพง การทำตลาดในเชิงพาณิชย์เป็นสิ่งที่ท้าทาย และไม่ใช่แค่ต้นทุนเท่านั้น ห่วงโซ่คุณค่าของอลูมิเนียมมีความซับซ้อนและขยายออกไป

ยกตัวอย่างเช่น กระป๋องเบียร์ซึ่งโดยทั่วไปทำจากอะลูมิเนียมรีไซเคิลมากกว่า 50 เปอร์เซ็นต์ แต่ก็ยังต้องใช้อะลูมิเนียมขั้นต้น ขั้นแรกคุณขุดแร่บอกไซต์ แล้วจึงกลั่นให้เป็นอลูมินา มักจะไปถลุงที่อื่นเป็นอลูมิเนียมบริสุทธิ์ จากนั้นโลหะจะถูกแปรรูปเป็นแผ่นหรือม้วน ซื้อโดยบริษัทที่เจาะเป็นกระป๋อง ขายให้กับธุรกิจเครื่องดื่มและผู้ผลิตขวด แจกจ่ายให้กับผู้ค้าปลีกและจากนั้นถึงมือผู้บริโภค ห่วงโซ่อุปทานที่ยาวนี้ประกอบขึ้นด้วยขนาดของผู้ซื้อ ในขณะที่เหล็กและคอนกรีตมี "ผู้ซื้อหลัก" รายใหญ่ เช่น ผู้ผลิตรถยนต์หรือหน่วยงานจัดหาของรัฐ อะลูมิเนียมถูกซื้อในปริมาณเล็กน้อยโดยผู้เล่นจำนวนมาก และผู้เล่นทั้งหมดที่เกี่ยวข้อง ตั้งแต่บริษัทเหมืองไปจนถึงผู้ค้าปลีกเครื่องดื่ม จะต้องอยู่ในแนวเดียวกันเพื่อแบ่งปันเป้าหมายและต้นทุนในการลดคาร์บอน

บริษัท บอลผู้ผลิตรายใหญ่ของบรรจุภัณฑ์อะลูมิเนียมและเป็นสมาชิกของ FMC ได้ดำเนินการขั้นแรกเพื่อให้สอดคล้องกับพันธมิตรในห่วงโซ่คุณค่า บริษัทได้ร่วมมือกับซัพพลายเออร์อลูมิเนียมและเพื่อนสมาชิก FMC Novelis และ Rio Tinto เพื่อสร้าง กระป๋องเครื่องดื่มคาร์บอนต่ำที่มีเครื่องหมายพิเศษแห่งแรกของแคนาดา สำหรับเบียร์โคโรนา กระป๋องส่วนหนึ่งทำมาจากอะลูมิเนียมรีไซเคิลพร้อมกับอะลูมิเนียมปฐมภูมิที่ปล่อยมลพิษเกือบเป็นศูนย์ซึ่งกลั่นด้วยไฟฟ้าพลังน้ำและหลอมโดยใช้ เทคโนโลยีแอโนดเฉื่อยที่ปราศจากก๊าซเรือนกระจกที่เรียกว่า Elysis ความก้าวหน้านี้เกิดขึ้นได้จากความร่วมมือที่ไม่เคยมีมาก่อนระหว่างสองยักษ์ใหญ่ในอุตสาหกรรมอะลูมิเนียมคู่แข่งอย่าง Alcoa และ Rio Tinto พร้อมด้วยเงินลงทุนและการสนับสนุนด้านเทคนิคมูลค่า 13 ล้านดอลลาร์ (CAD) จาก Apple บวกกับการลงทุนเพิ่มเติมอีก 80 ล้านดอลลาร์ (CAD) จากแคนาดา และรัฐบาลควิเบก Elysis ยังอยู่ในขั้นตอนต้นแบบ แต่ทีมตั้งเป้าว่าจะทำให้เทคโนโลยีดังกล่าวพร้อมจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ภายในปี 2024

การปรับห่วงโซ่คุณค่าให้สอดคล้องกัน ผ่านทางกลุ่มพันธมิตร เช่น FMC มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความพยายามในการลดคาร์บอน หากไม่มีห่วงโซ่คุณค่าที่สอดคล้องกัน สัญญาณอุปสงค์ที่ส่งถึงผู้ผลิตอาจไม่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงใดๆ พันธมิตรประเภทนี้ยังนำไปสู่การพูดคุยกับรัฐบาลในเรื่องต่างๆ ได้ดีขึ้น ตั้งแต่นโยบายที่เข้มงวดเกี่ยวกับการรีไซเคิลไปจนถึงการร่วมลงทุนใน R&D

เมื่อใช้เทคโนโลยีที่ก้าวล้ำร่วมกัน พวกเขาจะได้กระบวนการผลิตอะลูมิเนียมทั้งหมดต่ำกว่าเกณฑ์ที่ 3 เมตริกตันของ CO2 ต่อเมตริกตันของอะลูมิเนียมขั้นต้น

รัฐบาลมีบทบาทสำคัญในการส่งเสริมการลดคาร์บอนของการกลั่นและการถลุงอะลูมิเนียมขั้นปฐมภูมิ ตะวันออกกลางมีโอกาสที่จะมีส่วนร่วมโดยใช้ศักยภาพพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่มากมาย จีนกำลังแสดงความเคลื่อนไหวในทิศทางที่ถูกต้อง ปิดโรงกลั่นที่ใช้ถ่านหินบางส่วน และเปิดโรงงานใหม่ในภูมิภาคที่อุดมด้วยไฟฟ้าพลังน้ำ แต่รัฐบาลอาจต้องให้การสนับสนุนทางการเงินโดยตรงแก่ภาคส่วน เทคโนโลยีใหม่ที่จำเป็นในการแยกคาร์บอนออกจากอะลูมิเนียม ซึ่งรวมถึงพลังงานหมุนเวียนเพิ่มเติม CCUS และการออกแบบกระบวนการถลุงใหม่รอบๆ แอโนดเฉื่อย จะมีราคาประมาณ 1 ล้านล้านดอลลาร์จนถึงปี 2050 ดังนั้นจึงมีแนวโน้มว่ารัฐต่างๆ จะต้องดำเนินการด้วยสิ่งจูงใจ การลงทุน และการตลาด มาตรการตาม การผลิตวัสดุ เช่น ลิเธียมหรือทองแดง ซึ่งมีความสำคัญต่อการเปลี่ยนผ่านคาร์บอนต่ำ ดึงดูดเงินอุดหนุนจากรัฐบาลอยู่แล้ว ดังนั้น อะลูมิเนียมจึงต้องมีบทบาทในการช่วยลดคาร์บอนในภาคส่วนอื่นๆ เช่น การขนส่งและเทคโนโลยีแบตเตอรี่

ในยุโรป กลไกการปรับพรมแดนคาร์บอน (CBAM) ที่เสนอโดยสหภาพยุโรป เป็นการปลุกซัพพลายเออร์อลูมิเนียมที่ต้องการส่งออกไปยังตลาดเดียว ภายในปี 2030 CBAM สามารถเรียกเก็บภาษี 100 ยูโรต่อเมตริกตันของ CO2 ที่มีอยู่ในผลิตภัณฑ์และวัสดุนำเข้า โดยเลียนแบบต้นทุนของโครงการซื้อขายการปล่อยมลพิษ (ETS) ของสหภาพยุโรปสำหรับผู้ผลิตในท้องถิ่น สำหรับอลูมิเนียม 16 เมตริกตันที่ปล่อย CO2 60 เมตริกตัน นั่นสามารถเพิ่มต้นทุนโลหะได้ถึง XNUMX เปอร์เซ็นต์ แม้ว่ากลไกดังกล่าวอาจช่วยให้อะลูมิเนียมที่สลายคาร์บอนแล้วสามารถแข่งขันได้อย่างต่อเนื่องเมื่อทำการค้าแล้ว แต่รูปแบบการลงทุนโดยตรงของรัฐบาลในเทคโนโลยีที่ก้าวล้ำอาจจำเป็นต่อการรวมกลุ่มกันในด้านการเงินขององค์กรและกีดกันเส้นทางการลดคาร์บอน

ภาคส่วนนี้กำลังแข่งกับเวลาเพื่อเพิ่มปริมาณการผลิตที่ปล่อยมลพิษเกือบเป็นศูนย์เพื่อส่งมอบอุปทานที่จำเป็น บริษัทต่างๆ จำเป็นต้องมีตำแหน่งผู้นำที่ชัดเจน เพื่อสนับสนุนการปรับใช้เทคโนโลยีการลดคาร์บอนในระดับลึก ซึ่งจำเป็นต่อการปรับภาคส่วนตามเส้นทางไปสู่สุทธิเป็นศูนย์ภายในปี 2050 จะมีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม แต่ความร่วมมือเช่น FMC จะช่วยสร้าง ความโปร่งใสและการทำงานร่วมกันที่จำเป็นเพื่อจัดการกับค่าใช้จ่ายเหล่านั้น เทคโนโลยีมีไว้เพื่อทำให้มันเกิดขึ้น และนั่นก็คุ้มค่าที่จะยกขึ้นถ้าไม่ใช่แก้ว ก็ควรจะเป็นกระป๋องเบียร์คาร์บอนต่ำ

บทความนี้ร่วมเขียนโดย Jonathan Walter และ Andrew Alcorta และ Henry Mumford จาก BCG

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก กรีนบิซ