Puhtaan kivihiilitervan rooli vihreässä teknologiassa? 

Kuulet kivihiilitervan ja vihreän teknologian samassa lauseessa, useimmat alan ihmiset joko pilkkaavat tai näyttävät täysin hämmentyneiltä. ymmärrän sen. Vuosikymmenten ajan kivihiilitervapiki, sideaine, perinteisen hiilenvalmistuksen selkäranka, on ollut likainen salaisuus – anodeille ja elektrodeille välttämätön paha. Tarinassa on ollut kyse siirtymisestä pois fossiilipohjaisista esiasteista. Mutta tässä on asia, jonka me usein kaipaamme tuossa yksinkertaistetussa näkemyksessä: rooli puhdas hiiliterva ei tarkoita, että itse raaka-aine olisi vihreää; Kyse on tehokkuudesta, jätteiden vähentämisestä ja suorituskyvystä, jonka se mahdollistaa loppupään teknologioissa, jotka ovat yksiselitteisesti osa vihreää siirtymää. Se on vivahde, joka häviää PR-puheessa.

Väärinkäsitetty edeltäjä

Ollaan selkeitä. Emme puhu raa'asta, monikomponenttitervasta. Avainsana on puhdas hiiliterva, erityisesti puhdistettu kivihiilitervapiki (CTP), jonka koostumus on kontrolloitu. Yleinen virhe on niputtaa kaikki hiilen esiasteet yhteen. Biopikit ovat lupaavia, mutta niiden johdonmukaisuus ja koksausarvo? Edelleen teollisen mittakaavan uhkapeliä. Öljypiellä on omat volatiliteetti- ja toimitusongelmansa. Erittäin puhdas CTP tarjoaa tunnetun ja luotettavan lähtökohdan. Sen molekyylirakenne, tuo aromaattisuus, on itse asiassa etu, kun luodaan järjestetyt hiilihilat, joita tarvitaan esimerkiksi sähköajoneuvojen akkujen grafiittianodeissa. Vihreä osa alkaa, kun harkitset vaihtoehtoa: vähemmän tehokas prosessi, joka vaatii enemmän energiaa, enemmän hylkyjä ja viime kädessä suurempi hiilijalanjälki suoritusyksikköä kohden.

Muistan noin viiden vuoden takaisen projektin, jossa yritettiin korvata osa CTP:stä uudella bioperäisellä sideaineella grafiittielektrodeihin. Laboratoriotulokset olivat kauniita. Koekäyttö kumppanilaitoksessa oli katastrofi. Paistosykli muuttui arvaamattomaksi, lopputuotteen tiheys oli kaikkialla ja päädyimme 40 %:n romuprosenttiin. Viallisten aihioiden leipomiseen tuhlattu energia todennäköisesti mitätöi biomateriaalin ympäristöhyödyn vuosien ajan. Se oli kova oppitunti koko järjestelmän tehokkuudesta. Joskus vihreämpi raaka-aine johtaa kaiken kaikkiaan likaisempaan prosessiin.

Tässä tulevat esiin yritykset, joilla on syvällinen materiaalitieteellinen kokemus. Olen tarkistanut tekniset tiedot pitkäaikaisilta tuottajilta, kuten Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd. (löydät heidän tiedot osoitteesta https://www.yaofatansu.com). Heidän keskittymisensä hiililisäaineet ja grafiittielektrodit riippuvat prekursorin konsistenssista. Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd., joka on suuri hiilenvalmistaja, jolla on yli 20 vuoden kokemus pelissä, ymmärtää, että heidän kivihiilitervapikiraaka-aineensa puhtaus ja stabiilisuus vaikuttavat suoraan lopputuotteen suorituskykyyn – vähemmän turvotusta grafitoinnin aikana, parempaa johtavuutta ja pidemmän käyttöiän. Teräksen EAF:n tai litiumioniakun pitkäikäisyys on suora hyöty kestävästä kehityksestä.

Green Techin piilotettu riippuvuus

Katso vihreän teknologian kahta suurinta tekijää: liikenteen sähköistäminen ja uusiutuvan energian varastointi. Molemmat nojaavat voimakkaasti edistyneisiin hiilimateriaaleihin. Grafiittianodien markkinat kasvavat räjähdysmäisesti. Mutta mistä synteettinen grafiitti tulee? Tärkeä reitti on neulakoksin grafitointi, joka itsessään on valmistettu… arvasit sen, jalostettu kivihiiliterva tai öljyvirtoja. Suuremman kapasiteetin ja nopeamman latauksen tavoite – se asettaa valtavan paineen anodin mikrorakenteeseen. Puhtaampi, johdonmukaisempi pikiperäinen koksi voi tarjota vähemmän vikoja ja paremman litiumionien interkalaatiokinetiikan. Se on mahdollistava materiaali, ei otsikko.

Sitten on vähemmän lumoava puoli: johtava hiililisäaineet. Asioita, kuten hiilimusta Li-ion katodeille tai johtavat aineet superkondensaattoreille. Jotkut tehokkaimmista niistä ovat peräisin erikoistuneesta tervankäsittelystä. Ne parantavat johtavuutta pienillä kuormituksilla, mikä tarkoittaa, että käytät vähemmän aktiivista materiaalia ja lisäät energiatiheyttä. Jälleen kerran, se on voimankerroin vihreän laitteen tehokkuudelle. Olen nähnyt akkukennojen valmistajien olevan pakkomielle litiumin lähteestä, mutta pitävän hiililisäainetta hyödykkeenä. Suuri virhe. 2 %:n vaihtelu lisäaineen rakenteessa voi pidentää syklin käyttöikää.

Kokeilimme myös muiden teollisuudenalojen kierrätettyjen tervavirtojen käyttöä. Ideana oli kiertotalouden kulta. Todellisuus oli painajainen suodatuksesta ja puhdistamisesta metallisten epäpuhtauksien poistamiseksi, jotka myrkyttäisivät akkukennon. Kustannukset sen saamisesta puhtaaseen spesifikaatioon olivat korkeammat kuin neitseellisellä, kontrolloidulla raaka-aineella aloittaminen. Se on vaikea niellä, mutta kaikki kierrätysreitit eivät ole välittömästi teknisesti tai taloudellisesti kannattavia. Etusijalla on oltava viimeisimmän vihreän teknologian suorituskyky ja luotettavuus.

Toimitusketjun käytännön esteet

Puhua jstk puhdas hiiliterva ei ole vain kemiallinen ongelma; se on logistiikka- ja hankintapulma. Tarjonta kiristyy. Perinteisten koksausten vähentyessä joillakin alueilla korkealaatuisen tervan tasaisen virran varmistaminen on todellinen huolenaihe. Tämä epävakaus työntää innovointia toki, mutta se uhkaa myös laadun laimentumista. Minulla on ollut lähetyksiä, joissa kinoliiniin liukenematon (QI) pitoisuus oli poikkeavaa, ja se esti koko UHP-elektrodierän kyllästysprosessin. Päivien tuotantoaika menetetty.

Tästä syystä vertikaalisella integraatiolla tai erittäin tiiviillä toimittajasuhteilla on merkitystä. Valmistajalla, joka hallitsee tai syvästi ymmärtää raaka-ainettaan koksiuunivaiheesta lähtien, on valtava etu. He voivat toteuttaa laaduntarkastuksia aikaisemmin, säätää jalostusparametreja ja varmistaa sen puhdas hiiliterva tulos on todella tarkoitukseen sopiva. Sitä ei voi ostaa vain spot-markkinoilta, jos tavoittelet huippuluokkaa grafiittielektrodit tai premium hiililisäaineet markkinoille. Hebei Yaofa Carbonin verkkosivuilla mainitaan yli 20 vuoden tuotantokokemus. Tässä yhteydessä tämä kokemus tarkoittaa todennäköisesti sitä, että he ovat selviytyneet useista toimitusvaikeuksista ja vakauttaneet esiasteputket, mikä ei ole neuvoteltavissa luotettavan vihreän teknologian materiaalitoimitusten kannalta.

Toinen päänsärky on leivontapäästöt. Hiiltymisen aikana pikestä peräisin olevat VOC-yhdisteet ovat oikeutettu ympäristöhaaste. Vihreä rooli tässä siirtyy tervasta itsestään teknologiaan, joka sisältää ja käsittelee nämä päästöt. Kehittyneet savun talteenotto- ja polttojärjestelmät, jotka muuttavat hukkalämmön takaisin prosessienergiaksi – juuri tässä on tervapohjaisten prosessien nykyinen ympäristöpainotus. Se on capex-intensiivinen mutta kriittinen kehitys.

Tulevaisuus: silta, ei määränpää

Eli on puhdas hiiliterva vihreän teknologian materiaalien tulevaisuus? Ei, enkä tunne ketään t&k-alalla, jonka mielestä se olisi. Se on kriittinen silta. Sen tehtävänä on tarjota luotettavia ja tehokkaita hiilimateriaaleja, joita tarvitaan sähköautojen ja verkkovarastoinnin kaltaisten teknologioiden laajentamiseen nykyään, kun taas seuraavan sukupolven täysin kestäviä esiasteita (biopohjainen, kierrätetty hiili jne.) kehitetään ja, mikä tärkeintä, todistetaan miljoonan tonnin mittakaavassa.

Tutkimus on intensiivistä. Pikeä saatu ligniinistä, muovijätteestä pyrolyysin kautta. Mutta joka kerta kun katson tietolomakkeita, kysymykset ovat samat: Voitko tehdä 10 000 tonnia sitä samoilla ominaisuuksilla joka kuukausi? Mikä on hinta per tonni verrattuna suorituskyvyn nousuun? Tuoko se uusia epäpuhtauksia? Emme ole vielä perillä. Nykyisen järjestelmän luopuminen ennen uuden valmistumista pysäyttäisi itse vihreän siirtymän.

Siksi tällä hetkellä pragmaattisin vihreä strategia on maksimoida tehokkuus nykyisen jokaisessa vaiheessa kivihiiliterva- hiilidioksidipäästöihin perustuva tuoteketju. Tämä tarkoittaa investoimista jalostamiseen puhtaimman raaka-aineen saamiseksi, leivonta- ja grafitointiuunien optimointia energiatehokkuuden parantamiseksi ja tuotteiden eliniän lyhentämistä. UHP-elektrodi, joka kestää 20 % pidempään valokaariuunissa, säästää valtavia määriä energiaa ja raaka-ainetta tuotettua terästonnia kohden. Se on konkreettinen vihreä vaikutus, jonka mahdollistaa materiaali, jota olemme usein liian nopeita huijaamaan.

Päätös ilman jousta

Tässä ei ole mitään selkeää johtopäätöstä. Se on sotkuista. Rooli on pinnalla ristiriitainen, mutta haudoissa looginen. Puhdas hiiliterva, tämä vanha teollinen materiaali, on tällä hetkellä välttämätön mahdollistaja juuri niille teknologioille, joilla pyritään syrjäyttämään vanhoja teollisuusjärjestelmiä. Sen ympäristöarvo on epäsuora ja systeeminen – se perustuu tehokkuuteen ja suorituskykyyn, jonka se antaa lopulliselle sovellukselle. Tämän vivahteen huomioimatta jättäminen ja sen ennenaikainen korvaaminen pelkästään optiikkaan perustuen voi aiheuttaa innovaatiotahdille enemmän haittaa kuin hyötyä. Keskitytään vastuulliseen hankintaan, säälimättömään prosessien optimointiin ja näiden hiilimateriaalien käsittelemiseen ei hyödykkeinä, vaan vihreän teknologian tulevaisuutemme tarkasti suunniteltuina komponentteina. Työ on, kuten aina, karkeissa yksityiskohdissa.