Ο ρόλος της καθαρής λιθανθρακόπισσας στην πράσινη τεχνολογία; 

Ακούτε λιθανθρακόπισσα και πράσινη τεχνολογία στην ίδια πρόταση, οι περισσότεροι άνθρωποι στη βιομηχανία είτε χλευάζουν είτε φαίνονται εντελώς μπερδεμένοι. το καταλαβαίνω. Για δεκαετίες, η πίσσα λιθανθρακόπισσας, το συνδετικό υλικό, η ραχοκοκαλιά της παραδοσιακής παραγωγής άνθρακα, ήταν το βρώμικο μυστικό - το απαραίτητο κακό για τις ανόδους και τα ηλεκτρόδια. Η αφήγηση έχει να κάνει με την απομάκρυνση από τους πρόδρομους που βασίζονται σε απολιθώματα. Αλλά εδώ είναι αυτό που συχνά μας διαφεύγει σε αυτήν την απλοϊκή άποψη: ο ρόλος του καθαρή πίσσα άνθρακα δεν αφορά το ότι η ίδια η πρώτη ύλη είναι πράσινη. Πρόκειται για την αποτελεσματικότητα, τη μείωση των απορριμμάτων και την απόδοση που επιτρέπει κατάντη σε τεχνολογίες που αποτελούν αναμφίβολα μέρος της πράσινης μετάβασης. Είναι μια απόχρωση που χάνεται στα PR-speak.

Ο παρεξηγημένος πρόδρομος

Ας είμαστε ξεκάθαροι. Δεν μιλάμε για την ακατέργαστη, πολλών συστατικών πίσσα. Η λέξη-κλειδί είναι καθαρή πίσσα άνθρακα, ειδικά ραφιναρισμένη λιθανθρακόπισσα (CTP) με ελεγχόμενη σύνθεση. Το κοινό λάθος είναι ότι συγκεντρώνουμε όλες τις πρόδρομες ουσίες άνθρακα μαζί. Τα βιολογικά γήπεδα είναι πολλά υποσχόμενα, αλλά η συνοχή και η αξία τους για οπτάνθρακα; Ακόμα ένα στοίχημα σε βιομηχανική κλίμακα. Το γήπεδο πετρελαίου έχει τα δικά του ζητήματα αστάθειας και προσφοράς. Ένα CTP υψηλής καθαρότητας προσφέρει ένα γνωστό, αξιόπιστο σημείο εκκίνησης. Η μοριακή του δομή, αυτή η αρωματικότητα, είναι στην πραγματικότητα ένα πλεονέκτημα για τη δημιουργία των διατεταγμένων δικτυωμάτων άνθρακα που χρειάζονται, για παράδειγμα, στις ανόδους γραφίτη για μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων. Το πράσινο μέρος ξεκινά όταν σκεφτείτε την εναλλακτική: μια λιγότερο αποτελεσματική διαδικασία που απαιτεί περισσότερη ενέργεια, περισσότερες απορρίψεις και, τελικά, μεγαλύτερο αποτύπωμα άνθρακα ανά μονάδα απόδοσης.

Θυμάμαι ένα έργο πριν από περίπου πέντε χρόνια, προσπαθώντας να αντικαταστήσω ένα τμήμα CTP με ένα νέο συνδετικό βιολογικής προέλευσης για ηλεκτρόδια γραφίτη. Τα αποτελέσματα του εργαστηρίου ήταν όμορφα. Η κλιμάκωση σε μια δοκιμαστική λειτουργία σε συνεργαζόμενη εγκατάσταση ήταν μια καταστροφή. Ο κύκλος ψησίματος έγινε απρόβλεπτος, η πυκνότητα του τελικού προϊόντος ήταν παντού, και καταλήξαμε σε ποσοστό σκραπ 40%. Η ενέργεια που σπαταλήθηκε για το ψήσιμο αυτών των ελαττωματικών μπιγιετ πιθανότατα αναίρεσε οποιοδήποτε περιβαλλοντικό όφελος από το βιο-υλικό για χρόνια. Ήταν ένα δύσκολο μάθημα για την αποτελεσματικότητα σε όλο το σύστημα. Μερικές φορές, η πιο πράσινη πρώτη ύλη οδηγεί σε μια πιο βρώμικη διαδικασία συνολικά.

Εδώ έρχονται εταιρείες με βαθιά εμπειρία στην επιστήμη των υλικών. Έχω εξετάσει τις προδιαγραφές από μακροχρόνιους παραγωγούς όπως Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd. (μπορείτε να βρείτε τα στοιχεία τους στο https://www.yaofatansu.com). Η εστίασή τους σε πρόσθετα άνθρακα και τα ηλεκτρόδια γραφίτη εξαρτώνται από τη συνοχή του προδρόμου. Η Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd., ως μεγάλος κατασκευαστής άνθρακα με περισσότερα από 20 χρόνια στο παιχνίδι, κατανοεί ότι η καθαρότητα και η σταθερότητα της τροφοδοσίας πίσσας λιθανθρακόπισσας μεταφράζεται άμεσα σε απόδοση στο τελικό προϊόν—λιγότερο φουσκώματα κατά τη γραφιτοποίηση, καλύτερη αγωγιμότητα, μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Αυτή η μακροζωία σε ένα EAF παραγωγής χάλυβα ή μια μπαταρία ιόντων λιθίου είναι ένα άμεσο κέρδος βιωσιμότητας.

Η κρυφή εξάρτηση της Green Tech

Δείτε τους δύο μεγαλύτερους μοχλούς της πράσινης τεχνολογίας: ηλεκτροδότηση των μεταφορών και αποθήκευση ανανεώσιμης ενέργειας. Και οι δύο βασίζονται σε μεγάλο βαθμό σε προηγμένα υλικά άνθρακα. Η αγορά ανόδου γραφίτη εκρήγνυται. Αλλά από πού προέρχεται αυτός ο συνθετικός γραφίτης; Ένας σημαντικός τρόπος είναι μέσω της γραφιτοποίησης του κοκ με βελόνα, το οποίο παράγεται από… το μαντέψατε, εξευγενισμένο άνθρακας ή ρευμάτων πετρελαίου. Η ώθηση για μεγαλύτερη χωρητικότητα, ταχύτερη φόρτιση - ασκεί τεράστια πίεση στη μικροδομή της ανόδου. Ένας καθαρότερος, πιο συνεπής οπτάνθρακας που προέρχεται από τον τόνο μπορεί να προσφέρει λιγότερα ελαττώματα, καλύτερη κινητική παρεμβολής ιόντων λιθίου. Είναι ένα ενθαρρυντικό υλικό, όχι η επικεφαλίδα.

Έπειτα, υπάρχει η λιγότερο λαμπερή πλευρά: η αγώγιμη πρόσθετα άνθρακα. Πράγματα όπως ο αιθάλης για τις καθόδους ιόντων λιθίου ή οι αγώγιμοι παράγοντες για τους υπερπυκνωτές. Μερικά από αυτά με την υψηλότερη απόδοση προέρχονται από εξειδικευμένη επεξεργασία πίσσας. Βελτιώνουν την αγωγιμότητα σε ελάχιστες φορτίσεις, πράγμα που σημαίνει ότι χρησιμοποιείτε λιγότερο ενεργό υλικό, αυξάνετε την ενεργειακή πυκνότητα. Και πάλι, είναι ένας πολλαπλασιαστής δύναμης για την απόδοση της πράσινης συσκευής. Έχω δει κατασκευαστές μπαταριών να έχουν εμμονή με την πηγή λιθίου, αλλά να αντιμετωπίζουν το πρόσθετο άνθρακα ως εμπόρευμα. Μεγάλο λάθος. Μια απόκλιση 2% στη δομή του πρόσθετου μπορεί να οδηγήσει στη διάρκεια ζωής του κύκλου.

Πειραματιστήκαμε επίσης με τη χρήση ρευμάτων ανακυκλωμένης πίσσας από άλλες βιομηχανίες. Η ιδέα ήταν χρυσός κυκλικής οικονομίας. Η πραγματικότητα ήταν ένας εφιάλτης φιλτραρίσματος και καθαρισμού για την απομάκρυνση μεταλλικών ρύπων που θα δηλητηρίαζαν ένα στοιχείο μπαταρίας. Το κόστος για να φτάσει σε καθαρές προδιαγραφές ήταν υψηλότερο από το να ξεκινήσεις με μια παρθένα, ελεγχόμενη πρώτη ύλη. Είναι δύσκολο να καταπιεί κανείς χάπι, αλλά δεν είναι κάθε οδός ανακύκλωσης άμεσα τεχνικά ή οικονομικά βιώσιμο. Προτεραιότητα πρέπει να είναι η απόδοση και η αξιοπιστία της τελευταίας πράσινης τεχνολογίας.

Τα Πρακτικά Εμπόδια στην Εφοδιαστική Αλυσίδα

Μιλάω για καθαρή πίσσα άνθρακα δεν είναι μόνο ένα πρόβλημα χημείας. είναι ένα παζλ εφοδιαστικής και προμήθειας. Η προσφορά σφίγγει. Με την πτώση των παραδοσιακών εργασιών οπτανθρακοποίησης σε ορισμένες περιοχές, η εξασφάλιση μιας σταθερής ροής πίσσας υψηλής ποιότητας αποτελεί πραγματική ανησυχία. Αυτή η αστάθεια ωθεί την καινοτομία, ασφαλώς, αλλά κινδυνεύει επίσης να υποβαθμίσει την ποιότητα. Είχα αποστολές όπου το περιεχόμενο αδιάλυτο σε κινολίνη (QI) ήταν εκτός προδιαγραφών και απέρριψε ολόκληρη τη διαδικασία εμποτισμού για μια παρτίδα ηλεκτροδίων UHP. Χάθηκαν μέρες παραγωγής.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η κάθετη ολοκλήρωση ή οι πολύ στενές σχέσεις προμηθευτών έχουν σημασία. Ένας κατασκευαστής που ελέγχει ή κατανοεί σε βάθος την πρώτη ύλη του από το στάδιο του φούρνου οπτάνθρακα έχει ένα τεράστιο πλεονέκτημα. Μπορούν να πραγματοποιήσουν ελέγχους ποιότητας νωρίτερα, να προσαρμόσουν τις παραμέτρους διύλισης και να το διασφαλίσουν καθαρή πίσσα άνθρακα η έξοδος είναι πραγματικά κατάλληλη για τον σκοπό. Δεν είναι κάτι που μπορείτε απλώς να αγοράσετε από μια spot αγορά, εάν στοχεύετε στην υψηλή κατηγορία ηλεκτρόδια γραφίτη ή premium πρόσθετα άνθρακα αγορά. Ο ιστότοπος για το Hebei Yaofa Carbon αναφέρει πάνω από 20 χρόνια εμπειρίας παραγωγής. Σε αυτό το πλαίσιο, αυτή η εμπειρία πιθανότατα σημαίνει ότι έχουν πλοηγηθεί σε πολλαπλές δυσκολίες προμήθειας και έχουν σταθεροποιήσει τους πρόδρομους αγωγούς τους, κάτι που είναι αδιαπραγμάτευτο για αξιόπιστη προμήθεια υλικών πράσινης τεχνολογίας.

Ένας άλλος πονοκέφαλος είναι οι εκπομπές ψησίματος. Οι πτητικές οργανικές ενώσεις από την πίσσα κατά την ενανθράκωση είναι μια νόμιμη περιβαλλοντική πρόκληση. Ο ρόλος του πράσινου εδώ μετατοπίζεται από την ίδια την πίσσα στην τεχνολογία που περιέχει και αντιμετωπίζει αυτές τις εκπομπές. Προηγμένα συστήματα δέσμευσης καυσαερίων και καύσης, που μετατρέπουν αυτή την απορριπτόμενη θερμότητα πίσω σε ενέργεια διεργασίας—εκεί ακριβώς βρίσκεται η τρέχουσα περιβαλλοντική εστίαση για διεργασίες με βάση την πίσσα. Είναι μια κεφαλαιουχική αλλά κρίσιμη εξέλιξη.

Μέλλον: Γέφυρα, Όχι Προορισμός

Έτσι, είναι καθαρή πίσσα άνθρακα το μέλλον των υλικών πράσινης τεχνολογίας; Όχι, και δεν ξέρω κανέναν στην Ε&Α που να πιστεύει ότι είναι. Είναι μια κρίσιμη γέφυρα. Ο ρόλος του είναι να παρέχει τα αξιόπιστα υλικά άνθρακα υψηλής απόδοσης που απαιτούνται για την κλιμάκωση τεχνολογιών όπως τα ηλεκτρικά οχήματα και η αποθήκευση δικτύων σήμερα, ενώ η επόμενη γενιά πλήρως βιώσιμων πρόδρομων ουσιών (βιοβασισμένος, ανακυκλωμένος άνθρακας κ.λπ.) αναπτύσσεται και, κυρίως, αποδεικνύεται σε κλίμακα εκατομμυρίων τόνων.

Η έρευνα είναι έντονη. Pitch που προέρχεται από λιγνίνη, από απόβλητα πλαστικών μέσω πυρόλυσης. Αλλά κάθε φορά που κοιτάζω τα φύλλα δεδομένων, οι ερωτήσεις είναι οι ίδιες: Μπορείτε να κάνετε 10.000 τόνους από αυτό με τις ίδιες προδιαγραφές κάθε μήνα; Ποιο είναι το κόστος ανά τόνο σε σύγκριση με την αύξηση της απόδοσης; Εισάγει νέες ακαθαρσίες; Δεν είμαστε ακόμα εκεί. Η εγκατάλειψη του τρέχοντος συστήματος προτού είναι έτοιμο το νέο θα σταματούσε την ίδια την πράσινη μετάβαση.

Επομένως, η πιο ρεαλιστική πράσινη στρατηγική προς το παρόν είναι η μεγιστοποίηση της αποτελεσματικότητας σε κάθε βήμα της υπάρχουσας άνθρακας-αλυσίδα προϊόντων σε άνθρακα. Αυτό σημαίνει επένδυση στη διύλιση για την απόκτηση της πιο καθαρής πρώτης ύλης, βελτιστοποίηση των κλιβάνων ψησίματος και γραφιτοποίησης για ενεργειακή απόδοση και ώθηση της διάρκειας ζωής των προϊόντων στα όριά τους. Ένα ηλεκτρόδιο UHP που διαρκεί 20% περισσότερο σε έναν κλίβανο τόξου εξοικονομεί τεράστιες ποσότητες ενέργειας και πρώτης ύλης ανά τόνο παραγόμενου χάλυβα. Αυτό είναι ένα απτό πράσινο αντίκτυπο, που ενεργοποιείται από ένα υλικό που συχνά βιαζόμαστε πολύ γρήγορα να κακολογήσουμε.

Συμπερασματικά χωρίς τόξο

Δεν υπάρχει κανένα καθαρό συμπέρασμα εδώ. Είναι ακατάστατο. Ο ρόλος είναι αντιφατικός στην επιφάνεια αλλά λογικός στα χαρακώματα. Καθαρή πίσσα άνθρακα, αυτό το παραδοσιακό βιομηχανικό υλικό, είναι επί του παρόντος ένας απαραίτητος παράγοντας για τις ίδιες τις τεχνολογίες που στοχεύουν να εκτοπίσουν τα παλαιού τύπου βιομηχανικά συστήματα. Η περιβαλλοντική του αξία είναι έμμεση και συστημική—βρίσκεται στην αποτελεσματικότητα και την απόδοση που παρέχει στην τελική εφαρμογή. Αν αγνοήσουμε αυτήν την απόχρωση, πιέζοντας για την πρόωρη αντικατάστασή του με βάση μόνο την οπτική, θα μπορούσε να κάνει περισσότερο κακό παρά καλό στον ρυθμό της καινοτομίας. Η εστίαση θα πρέπει να είναι στην υπεύθυνη προμήθεια, την αδιάκοπη βελτιστοποίηση της διαδικασίας και τη μεταχείριση αυτών των υλικών άνθρακα όχι ως εμπορεύματα, αλλά ως εξαρτήματα σχεδιασμένα με ακρίβεια του πράσινου τεχνολογικού μας μέλλοντος. Η δουλειά, όπως πάντα, είναι στις σκληρές λεπτομέρειες.