Uloga čistog katrana u zelenoj tehnologiji? 

U istoj rečenici čujete katran ugljena i zelenu tehnologiju, većina ljudi u industriji se ili ruga ili izgleda potpuno zbunjeno. Shvatam. Desetljećima je smola od katrana, vezivo, okosnica tradicionalne proizvodnje ugljika, bila prljava tajna – neophodno zlo za anode i elektrode. Narativ je bio sve o udaljavanju od prethodnika baziranih na fosilima. Ali evo stvari koje često propuštamo u tom pojednostavljenom pogledu: uloga čisti ugalj katran ne radi se o tome da je sama sirovina zelena; radi se o efikasnosti, smanjenju otpada i performansama koje omogućava nizvodno u tehnologijama koje su nedvosmisleno dio zelene tranzicije. To je nijansa koja se gubi u PR-govoru.

Neshvaćeni prethodnik

Budimo jasni. Ne govorimo o sirovom, višekomponentnom katranu. Ključna riječ je čisti ugalj katran, posebno rafinirani katran uglja (CTP) s kontroliranim sastavom. Uobičajena greška je spajanje svih prekursora ugljika zajedno. Bio-smole obećavaju, ali njihova konzistencija i vrijednost koksa? Još uvijek kocka u industrijskim razmjerima. Naftna smola ima svoju volatilnost i probleme sa opskrbom. CTP visoke čistoće nudi poznatu, pouzdanu polaznu tačku. Njegova molekularna struktura, ta aromatičnost, zapravo je prednost za stvaranje uređenih ugljičnih rešetki potrebnih, recimo, u grafitnim anodama za baterije električnih vozila. Zeleni dio počinje kada razmotrite alternativu: manje efikasan proces koji zahtijeva više energije, više otpada i na kraju, veći ugljični otisak po jedinici učinka.

Sjećam se projekta prije otprilike pet godina, pokušavajući zamijeniti dio CTP-a novim vezivom iz bioloških izvora za grafitne elektrode. Laboratorijski rezultati su bili predivni. Povećanje na probni rad u partnerskom objektu bila je katastrofa. Ciklus pečenja postao je nepredvidiv, gustina finalnog proizvoda je bila posvuda, a na kraju smo imali stopu otpada od 40%. Energija potrošena na pečenje tih neispravnih gredica vjerovatno je godinama poništila bilo kakvu ekološku korist od biomaterijala. Bila je to teška lekcija o efikasnosti u cijelom sistemu. Ponekad, zelenija sirovina dovodi do prljavijeg procesa u cjelini.

Ovdje dolaze kompanije s dubokim iskustvom u materijalnoj znanosti. Pregledao sam specifikacije dugogodišnjih proizvođača kao što su Hebei Yaofa Carbon Co, Ltd (njihove detalje možete pronaći na https://www.yaofatansu.com). Njihov fokus na Ugljični aditivi a grafitne elektrode zavise od konzistencije prekursora. Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd., kao veliki proizvođač ugljika s više od 20 godina u igri, shvaća da se čistoća i stabilnost njihove sirovine od smole ugljenog katrana direktno prenose na performanse u konačnom proizvodu – manje puhanja tokom grafitizacije, bolja provodljivost, duži vijek trajanja. Dugovječnost EAF-a za proizvodnju čelika ili litijum-jonske baterije je direktan dobitak održivosti.

Skrivena zavisnost Green Tech-a

Pogledajte dva najveća pokretača zelene tehnologije: elektrifikacija transporta i skladištenje obnovljive energije. Oba se u velikoj mjeri oslanjaju na napredne karbonske materijale. Tržište grafitnih anoda eksplodira. Ali odakle dolazi taj sintetički grafit? Glavni put je kroz grafitizaciju igličastog koksa, koji se i sam proizvodi od... pogađate, rafiniranog ugalj ili tokovi nafte. Poticanje većeg kapaciteta, bržeg punjenja – stavlja ogroman pritisak na mikrostrukturu anode. Čistiji, konzistentniji koks dobijen od smole može ponuditi manje defekata, bolju kinetiku interkalacije litijum-jona. To je materijal koji omogućava, a ne naslovni čin.

Zatim postoji manje glamurozna strana: provodljivost Ugljični aditivi. Stvari poput čađe za Li-ion katode ili provodnih sredstava za superkondenzatore. Neki od najučinkovitijih su izvedeni iz specijalizirane obrade katrana. Oni poboljšavaju provodljivost pri minimalnim opterećenjima, što znači da koristite manje aktivnog materijala, povećavaju gustoću energije. Opet, to je množitelj sile za efikasnost zelenog uređaja. Vidio sam da su proizvođači baterija opsjednuti izvorom litija, ali tretiraju aditiv ugljika kao robu. Velika greška. Varijacija od 2% u strukturi aditiva može produžiti vijek trajanja ciklusa.

Eksperimentirali smo i s korištenjem recikliranih tokova katrana iz drugih industrija. Ideja je bila cirkularna ekonomija zlata. Realnost je bila noćna mora filtracije i pročišćavanja radi uklanjanja metalnih zagađivača koji bi otrovali ćeliju baterije. Trošak dovođenja do čiste specifikacije bio je veći nego da se počne s djevičanskom, kontroliranom sirovinom. To je teška pilula za progutanje, ali nije svaki put recikliranja odmah tehnički ili ekonomski održiv. Prioritet mora biti učinak i pouzdanost krajnje zelene tehnologije.

Praktične prepreke u lancu nabavke

Govoriti čisti ugalj katran nije samo problem hemije; to je zagonetka logistike i izvora. Opskrba se smanjuje. Sa opadanjem tradicionalnih operacija koksanja u nekim regijama, osiguranje stalnog dotoka visokokvalitetnog katrana je prava briga. Ova volatilnost gura inovacije, naravno, ali takođe rizikuje razvodnjavanje kvaliteta. Imao sam pošiljke u kojima je sadržaj nerastvorljivog u kinolinu (QI) bio izvan specifikacije, i odbacio je cijeli proces impregnacije za seriju UHP elektroda. Izgubljeni dani vremena proizvodnje.

Zbog toga je važna vertikalna integracija ili vrlo čvrsti odnosi sa dobavljačima. Proizvođač koji kontroliše ili duboko razumije svoju sirovinu iz faze koksne peći ima veliku prednost. Oni mogu ranije provesti provjere kvaliteta, prilagoditi parametre rafiniranja i osigurati to čisti ugalj katran izlaz je zaista pogodan za svrhu. To nije nešto što možete jednostavno kupiti na spot tržištu ako ciljate na high-end Grafitni elektrode ili premium Ugljični aditivi tržište. Web stranica za Hebei Yaofa Carbon spominje preko 20 godina iskustva u proizvodnji. U ovom kontekstu, to iskustvo vjerovatno znači da su se snašli u višestrukim zastojima u opskrbi i stabilizirali svoje prekursorske cjevovode, o čemu se ne može pregovarati za pouzdano snabdijevanje zelenom tehnologijom.

Još jedna glavobolja je emisija pečenja. VOC iz smole tokom karbonizacije predstavljaju legitiman ekološki izazov. Zelena uloga se ovdje prebacuje sa samog katrana na tehnologiju koja sadrži i tretira te emisije. Napredni sistemi za hvatanje i sagorevanje dima, pretvarajući tu otpadnu toplotu nazad u procesnu energiju – tu s pravom leži trenutni fokus na životnu sredinu za procese zasnovane na katranu. To je kapitalno intenzivna, ali kritična evolucija.

Budućnost: most, a ne odredište

Dakle, jeste čisti ugalj katran budućnost zelenih tehnoloških materijala? Ne, i ne znam nikoga u istraživanju i razvoju ko misli da jeste. To je kritičan most. Njegova uloga je da obezbijedi pouzdane ugljične materijale visokih performansi koji su potrebni za proširenje tehnologija kao što su EV i skladištenje na mreži danas, dok je sljedeća generacija potpuno održivih prekursora (na bazi biologije, recikliranog ugljika, itd.) razvijena i, što je ključno, dokazana u količini od milion tona.

Istraživanje je intenzivno. Smola dobivena iz lignina, iz otpadne plastike pirolizom. Ali svaki put kada pogledam listove sa podacima, pitanja su ista: Možete li napraviti 10.000 tona toga sa istim specifikacijama svakog mjeseca? Koja je cijena po toni u usporedbi s povećanjem performansi? Unosi li nove nečistoće? Još nismo tamo. Napuštanje postojećeg sistema prije nego što je novi spreman zaustavilo bi samu zelenu tranziciju.

Stoga je najpragmatičnija zelena strategija za sada maksimiziranje efikasnosti na svakom koraku postojećeg ugaljlanac proizvoda do ugljika. To znači ulaganje u rafiniranje kako bi se dobila najčistija sirovina, optimizacija peći za pečenje i grafitizaciju za energetsku efikasnost i pomicanje životnog vijeka proizvoda do krajnjih granica. UHP elektroda koja traje 20% duže u lučnoj peći štedi ogromne količine energije i sirovog materijala po toni proizvedenog čelika. To je opipljiv zeleni uticaj, omogućen materijalom koji često prebrzo kvarimo.

Zaključak bez naklona

Ovdje nema dobrog zaključka. Neuredno je. Uloga je kontradiktorna na površini, ali logična u rovovima. Čisti ugalj katran, ovaj naslijeđeni industrijski materijal, trenutno je nezamjenjiv pokretač samih tehnologija koje imaju za cilj zamijeniti naslijeđene industrijske sisteme. Njegova ekološka vrijednost je indirektna i sistemska—pronađena u efikasnosti i performansama koje daje konačnoj primjeni. Zanemarivanje ove nijanse, gurajući se na njenu preranu zamjenu samo na optici, moglo bi učiniti više štete nego koristi tempu inovacija. Fokus bi trebao biti na odgovornom izvoru, nemilosrdnoj optimizaciji procesa i tretiranju ovih ugljičnih materijala ne kao robe, već kao precizno dizajniranih komponenti naše zelene tehnološke budućnosti. Rad je, kao i uvijek, u sitnim detaljima.