دور قطران الفحم النقي في التكنولوجيا الخضراء؟ 

عندما تسمع قطران الفحم والتكنولوجيا الخضراء في نفس الجملة، فإن معظم العاملين في الصناعة إما يسخرون أو يبدو عليهم الارتباك التام. أحصل عليه. لعقود من الزمن، كان قطران الفحم، وهو المادة الرابطة، العمود الفقري لتصنيع الكربون التقليدي، هو السر القذر - الشر الضروري للأنودات والأقطاب الكهربائية. كان السرد يدور حول الابتعاد عن السلائف القائمة على الحفريات. ولكن هذا هو الشيء الذي غالبًا ما نفتقده في هذه النظرة التبسيطية: دور قطران الفحم النقي لا يتعلق الأمر بكون المادة الخام نفسها خضراء؛ يتعلق الأمر بالكفاءة وتقليل النفايات والأداء الذي يتيحه في المراحل النهائية من التقنيات التي تعد جزءًا لا لبس فيه من التحول الأخضر. إنها فارق بسيط يضيع في حديث العلاقات العامة.

السلائف التي أسيء فهمها

لنكن واضحين. نحن لا نتحدث عن القطران الخام متعدد المكونات. الكلمة الأساسية هي قطران الفحم النقي، على وجه التحديد طبقة قطران الفحم المكرر (CTP) ذات التركيبة الخاضعة للرقابة. الخطأ الشائع هو جمع كل سلائف الكربون معًا. تعتبر الملاعب الحيوية واعدة، لكن تماسكها وقيمتها في فحم الكوك؟ لا تزال مقامرة على المستوى الصناعي. الملعب البترولي له تقلباته الخاصة وقضايا العرض. يوفر CTP عالي النقاء نقطة بداية معروفة وموثوقة. إن تركيبها الجزيئي، تلك الرائحة العطرية، هو في الواقع فائدة لإنشاء شبكات الكربون المطلوبة في أنودات الجرافيت لبطاريات السيارات الكهربائية، على سبيل المثال. يبدأ الجزء الأخضر عندما تفكر في البديل: عملية أقل كفاءة وتتطلب المزيد من الطاقة، والمزيد من الرفض، وفي النهاية، بصمة كربونية أكبر لكل وحدة أداء.

أتذكر مشروعًا منذ حوالي خمس سنوات، كان يحاول استبدال جزء من CTP بمادة رابطة جديدة مشتقة بيولوجيًا لأقطاب الجرافيت. وكانت نتائج المختبر جميلة. كان توسيع نطاق التشغيل التجريبي في منشأة شريكة بمثابة كارثة. أصبحت دورة الخبز غير قابلة للتنبؤ، وكانت كثافة المنتج النهائي منتشرة في كل مكان، وانتهى بنا الأمر بمعدل خردة يصل إلى 40%. من المحتمل أن الطاقة المهدرة في خبز تلك الخامات المعيبة قد أبطلت أي فائدة بيئية من المادة الحيوية لسنوات. لقد كان درسًا صعبًا في الكفاءة على مستوى النظام. في بعض الأحيان، تؤدي المواد الخام الخضراء إلى عملية أكثر قذارة بشكل عام.

هذا هو المكان الذي تأتي فيه الشركات ذات الخبرة العميقة في علوم المواد. لقد قمت بمراجعة المواصفات من المنتجين القدامى مثل Hebei Yaofa Carbon Co. ، Ltd. (يمكنك العثور على التفاصيل الخاصة بهم على https://www.yaofatansu.com). تركيزهم على إضافات الكربون وتتوقف أقطاب الجرافيت على اتساق السلائف. تدرك شركة Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd.، باعتبارها شركة تصنيع كبيرة للكربون ولها أكثر من 20 عامًا في اللعبة، أن نقاء واستقرار مادة خام قطران الفحم الخاصة بها يترجم مباشرة إلى الأداء في المنتج النهائي - نفخة أقل أثناء الجرافيت، وموصلية أفضل، وعمر أطول. يعد طول العمر في EAF لصناعة الصلب أو بطارية الليثيوم أيون مكسبًا مباشرًا للاستدامة.

التبعية الخفية للتكنولوجيا الخضراء

انظر إلى أكبر محركين للتكنولوجيا الخضراء: كهربة وسائل النقل وتخزين الطاقة المتجددة. كلاهما يعتمد بشكل كبير على مواد الكربون المتقدمة. سوق الأنود الجرافيت ينفجر. ولكن من أين يأتي هذا الجرافيت الاصطناعي؟ الطريق الرئيسي هو من خلال جرافيت فحم الكوك، الذي يتم إنتاجه من ... كما خمنت، مكررًا قطران الفحم أو تيارات البترول. إن الدفع من أجل سعة أعلى وشحن أسرع - فهو يضع ضغطًا هائلاً على البنية الدقيقة للأنود. يمكن لفحم الكوك المشتق من طبقة الصوت الأكثر نقاءً وتماسكًا أن يقدم عيوبًا أقل، وحركية إقحام أيون الليثيوم أفضل. إنها مادة تمكينية، وليست عنوانًا رئيسيًا.

ثم هناك الجانب الأقل بريقًا: موصل إضافات الكربون. أشياء مثل أسود الكربون لكاثودات Li-ion أو العوامل الموصلة للمكثفات الفائقة. بعض من أعلى أداء منها مشتقة من معالجة القطران المتخصصة. إنها تعمل على تحسين الموصلية عند الحد الأدنى من الأحمال، مما يعني أنك تستخدم مواد أقل نشاطًا، وتزيد من كثافة الطاقة. مرة أخرى، إنها قوة مضاعفة لكفاءة الجهاز الأخضر. لقد رأيت مصنعي خلايا البطاريات مهووسين بمصدر الليثيوم ولكنهم يتعاملون مع مادة الكربون المضافة كسلعة. خطأ كبير. يمكن أن يؤدي الاختلاف بنسبة 2% في بنية المادة المضافة إلى تقليص عمر الدورة.

لقد جربنا أيضًا استخدام تيارات القطران المعاد تدويرها من صناعات أخرى. وكانت الفكرة هي الاقتصاد الدائري للذهب. وكان الواقع بمثابة كابوس الترشيح والتنقية لإزالة الملوثات المعدنية التي من شأنها أن تسمم خلية البطارية. كانت تكلفة الوصول إلى المواصفات النقية أعلى من البدء باستخدام مادة خام خام خاضعة للرقابة. إنها حبة دواء يصعب ابتلاعها، ولكن ليس كل مسار لإعادة التدوير يكون قابلاً للتطبيق على الفور من الناحية الفنية أو الاقتصادية. يجب أن تكون الأولوية لأداء وموثوقية التكنولوجيا الخضراء النهائية.

العقبات العملية في سلسلة التوريد

الحديث عن قطران الفحم النقي ليست مجرد مشكلة كيميائية. إنه لغز لوجستي ومصادر. يتم تشديد العرض. ومع تراجع عمليات فحم الكوك التقليدية في بعض المناطق، أصبح تأمين تدفق مستمر من القطران عالي الجودة مصدر قلق حقيقي. من المؤكد أن هذا التقلب يدفع إلى الابتكار، ولكنه يهدد أيضًا بإضعاف الجودة. لقد تلقيت شحنات حيث كان محتوى الكينولين غير القابل للذوبان (QI) خارج المواصفات، وقد أدى ذلك إلى إلغاء عملية التشريب بأكملها لمجموعة من الأقطاب الكهربائية UHP. أيام من وقت الإنتاج الضائع.

وهذا هو سبب أهمية التكامل الرأسي أو العلاقات الوثيقة للغاية مع الموردين. تتمتع الشركة المصنعة التي تتحكم في المواد الأولية الخاصة بها من مرحلة فرن فحم الكوك أو تفهمها بعمق بميزة هائلة. ويمكنهم تنفيذ فحوصات الجودة مبكرًا، وضبط معلمات التنقية، والتأكد من ذلك قطران الفحم النقي الإخراج مناسب حقًا للغرض. إنه ليس شيئًا يمكنك شراؤه من السوق الفورية إذا كنت تهدف إلى الوصول إلى المستوى الأعلى أقطاب الجرافيت أو قسط إضافات الكربون السوق. يشير الموقع الإلكتروني لشركة Hebei Yaofa Carbon إلى أكثر من 20 عامًا من الخبرة في الإنتاج. في هذا السياق، من المحتمل أن تعني هذه التجربة أنهم اجتازوا أزمات العرض المتعددة واستقروا في خطوط أنابيب سلائفهم، وهو أمر غير قابل للتفاوض للحصول على إمدادات موثوقة من مواد التكنولوجيا الخضراء.

الصداع الآخر هو انبعاثات الخبز. تمثل المركبات العضوية المتطايرة الناتجة عن القار أثناء الكربنة تحديًا بيئيًا مشروعًا. ويتحول الدور الأخضر هنا من القطران نفسه إلى التكنولوجيا التي تحتوي على تلك الانبعاثات وتعالجها. أنظمة متقدمة لالتقاط الأبخرة وحرقها، مما يحول هذه الحرارة المهدرة مرة أخرى إلى طاقة معالجة - وهذا هو المكان الذي يكمن فيه التركيز البيئي الحالي للعمليات القائمة على القطران. إنه تطور كثيف النفقات الرأسمالية ولكنه بالغ الأهمية.

المستقبل: الجسر، وليس الوجهة

هكذا هو قطران الفحم النقي مستقبل مواد التكنولوجيا الخضراء؟ لا، ولا أعرف أي شخص في مجال البحث والتطوير يعتقد ذلك. إنه جسر حاسم. ويتمثل دورها في توفير المواد الكربونية الموثوقة وعالية الأداء اللازمة لتوسيع نطاق التكنولوجيات مثل المركبات الكهربائية وتخزينها على الشبكة اليوم، في حين يتم تطوير الجيل القادم من السلائف المستدامة بالكامل (الكربون الحيوي، والكربون المعاد تدويره، وما إلى ذلك)، وإثبات نجاحها على نطاق مليون طن.

البحث مكثف. طبقة مشتقة من اللجنين، من نفايات البلاستيك عن طريق الانحلال الحراري. ولكن في كل مرة أنظر فيها إلى أوراق البيانات، الأسئلة هي نفسها: هل يمكنك إنتاج 10000 طن منها بنفس المواصفات كل شهر؟ ما هي تكلفة الطن مقارنة بتحسين الأداء؟ هل يدخل شوائب جديدة؟ نحن لم نصل إلى هناك بعد. إن التخلي عن النظام الحالي قبل أن يصبح النظام الجديد جاهزا من شأنه أن يعطل التحول الأخضر نفسه.

ولذلك، فإن الإستراتيجية الخضراء الأكثر واقعية في الوقت الحالي هي تحقيق أقصى قدر من الكفاءة في كل خطوة من الخطوات الحالية قطران الفحم-سلسلة منتجات الكربون. وهذا يعني الاستثمار في التكرير للحصول على أنقى المواد الخام، وتحسين أفران الخبز والجرافيت لتحقيق كفاءة الطاقة، ودفع عمر المنتج إلى الحد الأقصى. يوفر القطب الكهربائي UHP الذي يدوم لفترة أطول بنسبة 20% في فرن القوس كميات هائلة من الطاقة والمواد الخام لكل طن من الفولاذ المنتج. وهذا تأثير أخضر ملموس، تم تمكينه من خلال مادة غالبًا ما نتسرع في تشويهها.

اختتام دون القوس

لا يوجد استنتاج أنيق هنا. إنه فوضوي. الدور متناقض ظاهريا لكنه منطقي في الخنادق. قطران الفحم النقيتعد هذه المادة الصناعية القديمة حاليًا عامل تمكين لا غنى عنه للتقنيات ذاتها التي تهدف إلى إزاحة الأنظمة الصناعية القديمة. إن قيمته البيئية غير مباشرة ومنهجية، وتوجد في الكفاءة والأداء الذي يمنحه للتطبيق النهائي. إن تجاهل هذا الفارق الدقيق، والضغط من أجل استبداله قبل الأوان بالاعتماد على البصريات وحدها، قد يؤدي إلى ضرر أكبر من نفعه لوتيرة الابتكار. وينبغي أن يكون التركيز على المصادر المسؤولة، وتحسين العمليات بلا هوادة، والتعامل مع هذه المواد الكربونية ليس كسلع، ولكن كمكونات مصممة بدقة لمستقبل التكنولوجيا الخضراء لدينا. العمل، كما هو الحال دائمًا، يكمن في التفاصيل الدقيقة.