Puhta kivisöetõrva roll rohelises tehnoloogias? 

Kui kuulete samas lauses kivisöetõrva ja rohelist tehnoloogiat, enamik tööstuse inimesi pilkab või näevad täiesti segaduses välja. ma saan aru. Aastakümneid on kivisöetõrva pigi, sideaine, traditsioonilise süsiniku tootmise selgroog, olnud räpane saladus – anoodide ja elektroodide jaoks vajalik kurjus. Narratiiv on keskendunud fossiilsetest lähteainetest eemaldumisele. Kuid siin on asi, millest me selle lihtsustatud vaate kohaselt sageli puudust tunneme: roll puhas kivisöe tõrva ei tähenda, et tooraine ise oleks roheline; see puudutab tõhusust, jäätmetekke vähendamist ja jõudlust, mida see võimaldab järgnevatel tehnoloogiatel, mis on ühemõtteliselt osa rohelisest üleminekust. See on nüanss, mis PR-kõnes kaob.

Valesti mõistetud eelkäija

Olgem selged. Me ei räägi toorest, mitmekomponendilisest tõrvast. Märksõna on puhas kivisöe tõrva, kontrollitud koostisega spetsiaalselt rafineeritud kivisöetõrva pigi (CTP). Levinud viga on kõigi süsiniku lähteainete kokkupakkimine. Biopigid on paljulubavad, kuid nende konsistents ja koksiväärtus? Ikka tööstuslikus mastaabis hasartmäng. Nafta pigil on oma volatiilsuse ja tarneprobleemid. Kõrge puhtusastmega CTP pakub teadaolevat ja usaldusväärset lähtepunkti. Selle molekulaarstruktuur, see aromaatsus, on tegelikult kasulik selleks, et luua järjestatud süsinikvõre, mida on vaja näiteks elektrisõidukite akude grafiitanoodides. Roheline osa algab siis, kui kaalute alternatiivi: vähem tõhusat protsessi, mis nõuab rohkem energiat, rohkem praakaineid ja lõppkokkuvõttes suuremat süsiniku jalajälge jõudlusühiku kohta.

Mäletan umbes viie aasta tagust projekti, mille käigus üritati asendada osa CTP-st grafiitelektroodide jaoks uudse bioloogiliselt saadud sideainega. Labori tulemused olid ilusad. Katastroof oli partnerettevõttes proovikäitamiseks. Küpsetustsükkel muutus ettearvamatuks, lõpptoote tihedus oli kõikjal ja saime 40% praagimääraga. Nende vigaste toorikute küpsetamisele raisatud energia kaotas tõenäoliselt aastateks biomaterjalist saadava keskkonnakasu. See oli raske õppetund kogu süsteemi tõhususest. Mõnikord põhjustab rohelisem tooraine üldiselt määrdunud protsessi.

Siin tulevad mängu sügava materjaliteaduse kogemusega ettevõtted. Olen üle vaadanud selliste pikaajaliste tootjate spetsifikatsioonid nagu Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd. (nende üksikasjad leiate aadressilt https://www.yaofatansu.com). Nende tähelepanu süsiniku lisandid ja grafiitelektroodid sõltuvad prekursori konsistentsist. Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd. kui suur süsinikutootja, kes on mängus olnud üle 20 aasta, mõistab, et nende kivisöetõrva pigi lähteaine puhtus ja stabiilsus tähendavad otseselt lõpptoote jõudlust – vähem paisumist grafitiseerimisel, paremat juhtivust ja pikemat eluiga. See terasetööstuse EAF-i või liitiumioonaku pikaealisus on otsene jätkusuutlikkuse kasv.

Green Techi varjatud sõltuvus

Vaadake rohelise tehnoloogia kaht suurimat tõukejõudu: transpordi elektrifitseerimine ja taastuvenergia salvestamine. Mõlemad toetuvad tugevalt täiustatud süsinikmaterjalidele. Grafiitanoodide turg kasvab plahvatuslikult. Aga kust see sünteetiline grafiit pärineb? Peamine tee on nõelkoksi grafitiseerimine, mis ise on toodetud ... arvasite ära, rafineeritud kivisöe tõrva või naftavood. Tõuge suurema võimsuse ja kiirema laadimise poole – see avaldab tohutut survet anoodi mikrostruktuurile. Puhtam ja ühtlasem pigist saadud koks võib pakkuda vähem defekte ja paremat liitiumioonide interkalatsiooni kineetikat. See on võimaldav materjal, mitte pealkiri.

Siis on veel vähem glamuurne pool: juhtiv süsiniku lisandid. Sellised asjad nagu tahm liitiumioonkatoodide jaoks või juhtivad ained superkondensaatorite jaoks. Mõned kõige tõhusamad on saadud spetsiaalsest tõrva töötlemisest. Need parandavad juhtivust minimaalsetel koormustel, mis tähendab, et kasutate vähem aktiivset materjali, suurendate energiatihedust. Jällegi on see rohelise seadme tõhususe jõu kordaja. Olen näinud, et akuelementide tootjad suhtuvad liitiumiallikasse kinnisideeks, kuid kohtlevad süsinikulisandit kaubana. Suur viga. Söödalisandi struktuuri 2% kõikumine võib tsükli eluiga pikendada.

Samuti katsetasime teiste tööstusharude ringlussevõetud tõrva voogude kasutamist. Idee oli ringmajanduse kuld. Tegelikkus oli filtreerimise ja puhastamise õudusunenägu, et eemaldada metallilised saasteained, mis akuelementi mürgitavad. Selle puhta spetsifikatsioonini jõudmise hind oli kõrgem kui uue kontrollitud lähteainega alustamine. Seda tabletti on raske alla neelata, kuid mitte iga ringlussevõtu viis ei ole koheselt tehniliselt või majanduslikult elujõuline. Prioriteediks peab olema rohelise lõpptehnoloogia jõudlus ja töökindlus.

Praktilised takistused tarneahelas

Rääkimine puhas kivisöe tõrva ei ole ainult keemiaprobleem; see on logistika ja hankimise mõistatus. Pakkumine tiheneb. Kuna mõnedes piirkondades on traditsioonilised koksistamistoimingud vähenenud, on kvaliteetse tõrva pideva voolu tagamine tõsine probleem. See kõikumine tõukab kindlasti innovatsiooni, kuid see ohustab ka kvaliteedi halvenemist. Mul on olnud saadetisi, kus kinoliinis lahustumatu (QI) sisaldus ei vastanud spetsifikatsioonile, ja see katkestas kogu UHP-elektroodide partii immutusprotsessi. Tootmisaega kaotatud päevade kaupa.

Seetõttu on oluline vertikaalne integratsioon või väga tihedad tarnijasuhted. Tootjal, kes kontrollib või mõistab põhjalikult oma lähteainet koksiahju etapist alates, on tohutu eelis. Nad saavad kvaliteedikontrolli varem rakendada, rafineerimisparameetreid kohandada ja seda tagada puhas kivisöe tõrva väljund on tõesti otstarbekohane. Seda ei saa lihtsalt hetketurult osta, kui sihite tipptasemel grafiidi elektroodid või lisatasu süsiniku lisandid turul. Hebei Yaofa Carboni veebisaidil mainitakse üle 20 aasta tootmiskogemust. Selles kontekstis tähendab see kogemus tõenäoliselt, et nad on läbinud mitu tarneprobleemi ja on stabiliseerinud oma lähtetorustikud, mis on usaldusväärse rohelise tehnoloogia materjalivarustuse jaoks vaieldamatu.

Teine peavalu on küpsetamise heitmed. Pigi karboniseerumise käigus tekkivad lenduvad orgaanilised ühendid on õigustatud keskkonnaprobleem. Roheline roll nihkub siin tõrvalt endalt tehnoloogiale, mis sisaldab ja töötleb neid heitmeid. Täiustatud suitsu kogumis- ja põlemissüsteemid, mis muudavad selle heitsoojuse tagasi protsessienergiaks – see on õigustatult praegune tõrvapõhiste protsesside keskkonnafookus. See on kapitalimahukas, kuid kriitiline areng.

Tulevik: sild, mitte sihtkoht

Niisiis, on puhas kivisöe tõrva roheliste tehnoloogiliste materjalide tulevik? Ei, ja ma ei tea teadus- ja arendustegevuses kedagi, kes seda arvab. See on kriitiline sild. Selle ülesanne on pakkuda usaldusväärseid ja suure jõudlusega süsinikmaterjale, mida on vaja tänapäeval selliste tehnoloogiate nagu elektrisõidukite ja võrgusalvestuse laiendamiseks, samal ajal kui töötatakse välja järgmise põlvkonna täielikult jätkusuutlikud lähteained (biopõhine, ringlussevõetud süsinik jne) ja mis on ülimalt tõestatud miljonite tonnide mastaabis.

Uuring on intensiivne. Ligniinist, plastijäätmetest pürolüüsi teel saadud pigi. Kuid iga kord, kui ma andmelehti vaatan, on küsimused samad: kas saate seda teha 10 000 tonni samade näitajatega iga kuu? Mis on tonni hind võrreldes jõudluse kasvuga? Kas see lisab uusi lisandeid? Me pole veel kohal. Senisest süsteemist loobumine enne uue valmimist seaks rohelisse ülemineku enda seisma.

Seetõttu on praegusel hetkel kõige pragmaatilisem roheline strateegia tõhustada olemasolevat igal sammul kivisöe tõrva-süsinikdioksiidi tooteahel. See tähendab investeerimist rafineerimisse, et saada puhtaim lähteaine, küpsetus- ja grafitiseerimisahjude optimeerimine energiatõhususe tagamiseks ning toodete eluea piiramine. UHP elektrood, mis kestab kaarahjus 20% kauem, säästab tohutul hulgal energiat ja toorainet ühe tonni toodetud terase kohta. See on käegakatsutav roheline mõju, mille võimaldab materjal, mida me sageli liiga kiiresti kurjaks teha.

Lõpetuseks ilma kummarduseta

Siin pole selget järeldust. See on segane. Roll on pealtnäha vastuoluline, aga kaevikus loogiline. Puhas kivisöe tõrva, see pärand tööstuslik materjal, on praegu asendamatu võimaldaja just nende tehnoloogiate jaoks, mille eesmärk on tõrjuda välja päritud tööstussüsteemid. Selle keskkonnaväärtus on kaudne ja süsteemne – see väljendub tõhususes ja tulemuslikkuses, mida see lõpptaotlusele annab. Selle nüansi ignoreerimine, ainuüksi optikale tuginev selle enneaegne asendamine võib innovatsioonitempole rohkem kahju kui kasu tuua. Tähelepanu tuleks pöörata vastutustundlikule hankimisele, järeleandmatule protsesside optimeerimisele ja nende süsinikmaterjalide käsitlemisele mitte kaupadena, vaid meie rohelise tehnoloogia tuleviku täppiskonstrueeritud komponentidena. Töö, nagu alati, on peentes detailides.