Purifying The ‘miracle Metal’: How To Decarbonize Aluminum

Перевидано Платоном

читають: 0

[Ця стаття є частиною серії членів коаліції First Movers Coalition. Ви можете прочитати більше історій про ініціативу тут.]

Алюміній був описаний як "чудо-метал». Хоча це найпоширеніший метал у земній корі, складності, пов’язані з його очищенням, зробили алюміній дорожчим за срібло чи золото протягом 19 століття. Наполеон III настільки цінував його, що подавав їжу найпочеснішим гостям на алюмінієвих тарілках. Сьогодні він залишається високоцінним матеріалом, цінним за його легку універсальність, військову міцність, стійкість до корозії та тому, що він нескінченно підлягає переробці.

Отже, що не подобається? Енергоємна серія процесів, які перетворюють сиру бокситову руду на чистий метал, виділяє в середньому 16 метричних тонн CO2 на кожну метричну тонну первинного алюмінію виробляється. Сектор в цілому породжує навколо 1.1 мільярда метричних тонн CO2 щороку, що становить 2 відсотки глобальних антропогенних викидів. Більш ніж 60 відсотків цих викидів походять від виробництва спожитої електроенергії під час процесу плавки.

Більше того, очікується, що попит на диво-метал, зумовлений такими галузями, як транспорт, будівництво, пакування та електротехнічний сектор, збільшиться майже на 40 відсотків до 2030 року. Дві третини цього зростання очікується з Китаю та Азії, що викликає занепокоєння, враховуючи, що процес виплавки в Китаї значною мірою залежить від власних вугільних електростанцій. Без досягнень у переробці та декарбонізації, до 2 року викиди в секторі можуть досягти майже 2050 мільярдів метричних тонн.

Важка ціль від коаліції перших рушників

Кілька нових технологій мають потенціал для очищення алюмінію, але лише найамбітніші досягають жорсткої мети Коаліція перших ініціаторів Всесвітнього економічного форуму (FMC), глобальна ініціатива з використання купівельної спроможності компаній для декарбонізації галузей планети з найбільшим викидом. Члени FMC взяли на себе мету, щоб до 10 року принаймні 2030 відсотків первинного алюмінію, який вони закуповують щорічно, вироблялося за допомогою процесів, що мають майже нульові викиди. Визначення «близько нуля» є важким: викиди менше трьох метричних тонн CO2 на метричну тонну первинного алюмінію. Це означає величезне скорочення поточних викидів на 85 відсотків або більше.

Щоб зрозуміти, як досягти такої глибокої декарбонізації, нам потрібна швидка екскурсія по процесу виробництва алюмінію. Боксит є сировиною — його видобувають із землі та очищають до оксиду алюмінію, або «глинозему», за допомогою багатофазного процесу, який включає нагрівання приблизно до 1,000 градусів за Цельсієм. Щоб досягти цього тепла, багато нафтопереробних заводів спалюють викопне паливо на місці, яке в процесі викидає велику кількість CO2. Другий процес, відомий як плавка, перетворює глинозем на чистий металевий алюміній за допомогою електролізу, який використовує багато електроенергії та вугільних анодів, які також виділяють велику кількість CO2.

Існуючі види відновлюваної енергії, такі як гідро або сонячна енергія, дозволять нам приблизно дві третини шляху до алюмінію з нульовими викидами.

Хороша новина полягає в тому, що існуючі форми відновлюваної енергії, такі як гідро або сонячна енергія, допоможуть нам досягти приблизно двох третин шляху до алюмінію з нульовими викидами. Ми можемо використовувати чисту енергію для нових електрифікованих котлів і кальцинаторів, задіяних у переробці бокситової руди в глинозем, а також для енергоємного процесу плавки. Але це може бути дорогим у короткостроковій перспективі. Це означає перенесення заводів у місця з доступом до відновлюваної енергії та модернізацію нафтопереробних заводів для встановлення нового обладнання.

Деякі нові технології, які можуть бути впроваджені на існуючих алюмінієвих заводах, можуть допомогти скоротити розрив у виробництві алюмінію з нульовими викидами. Процес плавлення можна повністю декарбонізувати, замінивши вуглецеві аноди інертними анодами, які виділяють кисень замість CO2. Процес, відомий як «механічна рекомпресія пари», дає змогу рециркулювати теплову енергію, необхідну для переробки, а не вивільняти. А для решти викидів існують такі технології, як уловлювання, використання та зберігання вуглецю (CCUS), щоб перехопити викиди від процесів нафтопереробки та плавки. Якщо декілька з цих проривних технологій використовувати разом, вони можуть знизити весь процес виробництва алюмінію до рівня нижче 3 метричних тонн CO2 на метричну тонну первинного алюмінію.

На відміну від більшості інших секторів у FMC, переробка може відігравати важливу роль у шляху до декарбонізації алюмінієвого сектору, особливо тому, що метал вважається нескінченно придатним для вторинної переробки. Переробка займає близько 5 відсотків енергії, необхідної для виробництва нового алюмінію, тож це має як комерційний, так і екологічний сенс. Переплавка алюмінію сьогодні широко поширена в масштабах з більш ніж 30 мільйонів метричних тонн переробленого алюмінію повертаючись до нових продуктів щорічно. Це також може сприяти справедливому переходу, оскільки збір, сортування та переробка потенційно можуть створити нові робочі місця, одночасно зменшуючи видобуток природних ресурсів, необхідний для підтримки первинного виробництва алюмінію.

Відповідно, FMC поставив перед своїми членами додаткову мету забезпечити переробку щонайменше 50 відсотків алюмінію, який вони використовують щорічно до 2030 року. Однак однієї лише переробки буде недостатньо, щоб вгамувати зростаючу глобальну спрагу металу — фактично він забезпечить лише половину очікуваного попиту до 2050 року, відповідно до Стратегія переходу на 1.5 градуса С, опублікована Mission Possible Partnership. Таким чином, наближення виробництва первинного алюмінію до нульових викидів залишається головним пріоритетом.

Технічне рішення є. Тепер, щоб це сталося

Хоча технології декарбонізації виробництва алюмінію можуть існувати у вигляді прототипів, як і всі нові технології, які ще не досягли масштабу, вони дорогі. Комерціалізація їх є складною — і справа не лише у вартості; ланцюжок вартості алюмінію складний і розширений.

Візьмемо, наприклад, пивну банку, яка зазвичай складається з більш ніж 50 відсотків переробленого алюмінію, але все ще потребує первинного алюмінію. Спочатку ви видобуваєте боксит, а потім очищаєте його в глинозем. Його часто відправляють кудись в інше місце для переплавлення в чистий алюміній. Потім метал переробляється в диски або котушки, купуються компаніями, які штампують їх у банки, продаються підприємствам з виробництва напоїв і розливникам, розповсюджуються роздрібним торговцям і лише потім потрапляють до споживача. Цей довгий ланцюг постачання ускладнюється розміром покупців. У той час як сталь і бетон мають великих «якірних покупців», таких як виробники автомобілів або державні закупівельні агентства, алюміній купується в невеликих кількостях багатьма гравцями. І всі залучені гравці — від шахтарської компанії до роздрібного продавця напоїв — повинні бути узгоджені, щоб розділити мету та витрати на декарбонізацію.

Корпорація Ball, великий виробник алюмінієвої упаковки та член FMC, зробив перший крок до узгодження з партнерами в ланцюжку створення вартості. Компанія об’єдналася з постачальниками алюмінію та іншими членами FMC Novelis і Rio Tinto для створення Перша в Канаді консервна банка для напоїв з низьким вмістом вуглецю для пива Корона. Банку виготовлено частково з переробленого алюмінію разом із первинним алюмінієм із майже нульовими викидами, очищеним за допомогою гідроенергії та виплавленим за допомогою технологія інертних анодів без парникових газів під назвою Elysis. Цей прорив став можливим завдяки безпрецедентній співпраці між двома конкуруючими гігантами алюмінієвої промисловості — Alcoa та Rio Tinto — разом із інвестиціями в розмірі 13 мільйонів доларів (CAD) і технічною підтримкою від Apple, а також додатковими інвестиціями у розмірі 80 мільйонів доларів США (CAD) кожен від канадської компанії. і уряди Квебеку. Elysis все ще знаходиться на стадії прототипу, але команда прагне зробити технологію комерційно доступною до 2024 року.

Вирівнювання ланцюжка створення вартості через такі коаліції, як FMC, має вирішальне значення для зусиль з декарбонізації. Без узгодженого ланцюжка створення вартості сигнали попиту для виробників можуть не призвести до жодних змін. Такі коаліції також сприяють кращим розмовам з урядами щодо низки тем, від посилення політики переробки до спільного інвестування в дослідження та розробки.

Коли революційні технології використовуються в поєднанні, вони можуть знизити весь процес виробництва алюмінію до рівня нижче 3 метричних тонн CO2 на метричну тонну первинного алюмінію.

Уряди відіграють ключову роль у заохоченні декарбонізації первинного рафінування та виплавки алюмінію. Близький Схід має можливість зробити свій внесок, використовуючи свій багатий потенціал сонячної енергії. Китай демонструє рух у правильному напрямку, закриваючи деякі роботи з нафтопереробки, що працюють на вугіллі, і відкриваючи нові заводи в регіонах, багатих гідроенергією. Але урядам також може знадобитися надати сектору пряму фінансову підтримку. Нові технології, необхідні для декарбонізації алюмінію, включаючи додаткову відновлювану енергію, CCUS та перепланування процесу плавлення з використанням інертних анодів, коштуватимуть близько 1 трильйона доларів до 2050 року, тож цілком імовірно, що державам доведеться втрутитися за допомогою стимулів, інвестицій та ринку. засновані заходи. Виробництво таких матеріалів, як літій або мідь — життєво важливих для переходу до низьковуглецевого газу — вже залучає державні субсидії. Алюміній теж має бути застосований, враховуючи його роль у декарбонізації інших секторів, таких як транспорт і акумуляторні технології.

У Європі Запропонований Європейським Союзом механізм коригування меж вуглецю (CBAM) є тривожним дзвіночком для постачальників алюмінію, які прагнуть експортувати на єдиний ринок. До 2030 року CBAM може стягувати податок у розмірі 100 євро за метричну тонну CO2, що міститься в імпортованих продуктах і матеріалах, імітуючи вартість схеми торгівлі викидами ЄС (ETS) для місцевих виробників. Для метричної тонни алюмінію з викидом CO16 у 2 метричних тонн це може збільшити вартість металу на 60 відсотків. Хоча такий механізм може допомогти декарбонізованому алюмінію конкурувати на постійній основі після комерціалізації, модель прямих державних інвестицій у проривні технології може знадобитися, щоб залучити корпоративні фінанси та поставити під загрозу шлях декарбонізації.

Сектор перебуває в гонці з часом, щоб збільшити своє виробництво з майже нульовими викидами, щоб забезпечити необхідну пропозицію. Компанії повинні зайняти чітку лідерську позицію, щоб підтримати розгортання технологій глибокої декарбонізації, необхідних для вирівнювання сектору на шляху до нульового прибутку до 2050 року. Будуть додаткові витрати, але такі коаліції, як FMC, допоможуть створити прозорість і співпраця, необхідні для вирішення цих витрат. Технологія існує, щоб це зробити — і це варто підняти якщо не келих, то точно банку пива з низьким вмістом вуглецю.

Співавторами цієї статті були Джонатан Уолтер та Ендрю Алькорта та Генрі Мамфорд з BCG.