A tiszta kőszénkátrány szerepe a zöld technológiában? 

A kőszénkátrányt és a zöld technológiát ugyanabban a mondatban hallja, a legtöbb ember az iparban vagy gúnyolódik, vagy teljesen összezavarodottnak tűnik. értem én. Évtizedek óta a kőszénkátrány szurok, a kötőanyag, a hagyományos széngyártás gerince volt a piszkos titok – az anódok és elektródák szükséges rossza. A narratíva a fosszilis alapú prekurzoroktól való távolodásról szól. De itt van az, amit gyakran hiányolunk ebből a leegyszerűsített felfogásból: a szerepét tiszta szén kátrány nem arról szól, hogy maga a nyersanyag zöld; a hatékonyságról, a hulladékcsökkentésről és a teljesítményről szól, amelyet a következő technológiákban tesz lehetővé, amelyek egyértelműen a zöld átállás részét képezik. Ez egy olyan árnyalat, amely elveszik a PR-beszédben.

A félreértett előfutár

Legyünk tiszták. Nem a nyers, többkomponensű kátrányról beszélünk. A kulcsszó az tiszta szén kátrány, kifejezetten finomított kőszénkátrány szurok (CTP), szabályozott összetételű. A gyakori hiba az, hogy az összes szén-prekurzort összekeverik. A bioszurok ígéretes, de állaguk és kokszolási értékük? Még mindig szerencsejáték ipari méretekben. A kőolajszuroknak megvannak a maga volatilitási és ellátási problémái. A nagy tisztaságú CTP ismert, megbízható kiindulási pontot kínál. Molekuláris szerkezete, ez az aromássága tulajdonképpen előnyt jelent a rendezett szénrácsok létrehozásában, amelyekre szükség van például az elektromos járművek akkumulátorainak grafit anódjaiban. A zöld rész az alternatíva mérlegelésével kezdődik: egy kevésbé hatékony folyamat, amely több energiát, több selejtanyagot és végső soron nagyobb karbonlábnyomot igényel teljesítményegységenként.

Emlékszem egy körülbelül öt évvel ezelőtti projektre, amelyben a CTP egy részét egy új, biológiai eredetű kötőanyaggal próbálták helyettesíteni a grafitelektródák számára. A laboreredmények gyönyörűek voltak. A partnerlétesítményben végzett próbaüzemre való felnagyítás katasztrófa volt. A sütési ciklus kiszámíthatatlanná vált, a végtermék sűrűsége mindenhol ott volt, és végül 40%-os selejt arányt értünk el. A hibás tuskó sütésére pazarolt energia valószínűleg évekig semmissé tette a bioanyag környezeti előnyeit. Kemény lecke volt a rendszerszintű hatékonyság terén. Néha a zöldebb nyersanyag összességében szennyezettebb folyamathoz vezet.

Itt jönnek be a mély anyagtudományi tapasztalattal rendelkező cégek. Áttekintettem olyan régóta működő gyártók specifikációit, mint pl Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd. (Részleteiket itt találja https://www.yaofatansu.com). A fókuszuk a szén -dioxid -adalékanyagok a grafitelektródák pedig a prekurzor konzisztenciától függenek. A Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd., mint nagy szén-dioxid-gyártó, több mint 20 éve a játékban, tisztában van azzal, hogy kőszénkátrány-szurok alapanyaguk tisztasága és stabilitása közvetlenül a végtermék teljesítményét jelenti – kevesebb puffadás a grafitozás során, jobb vezetőképesség, hosszabb élettartam. Az acélgyártó EAF vagy lítium-ion akkumulátor hosszú élettartama közvetlen fenntarthatósági előny.

A Green Tech rejtett függősége

Tekintse meg a zöld technológia két legnagyobb mozgatórugóját: a közlekedés villamosítását és a megújuló energiatárolást. Mindkettő erősen támaszkodik a fejlett karbon anyagokra. A grafit anódok piaca robbanásszerűen növekszik. De honnan származik ez a szintetikus grafit? A fő út a tűkoksz grafitizálásán keresztül vezet, amelyet maga is előállítanak… kitaláltad, finomítva kőszénkátrány vagy kőolajáramok. A nagyobb kapacitás és a gyorsabb töltés törekvése – ez óriási nyomást gyakorol az anód mikroszerkezetére. A tisztább, konzisztensebb szurokból származó koksz kevesebb hibát és jobb lítium-ion interkalációs kinetikát kínál. Ez egy segítő anyag, nem a főcím.

Aztán ott van a kevésbé elbűvölő oldal: vezetőképes szén -dioxid -adalékanyagok. Olyan dolgok, mint a korom a Li-ion katódokhoz vagy a vezetőképes anyagok szuperkondenzátorokhoz. A legjobb teljesítményűek közül néhány speciális kátrányfeldolgozásból származik. Minimális terhelésnél javítják a vezetőképességet, ami azt jelenti, hogy kevesebb aktív anyagot használ, növeli az energiasűrűséget. Ez ismét a zöld eszköz hatékonyságát növelő erő. Láttam, hogy az akkumulátorcella-gyártók megszállottan foglalkoznak a lítiumforrással, de a szénadalékot áruként kezelik. Nagy hiba. Az adalékanyag szerkezetének 2%-os eltérése meghosszabbíthatja a ciklus élettartamát.

Más iparágakból származó újrahasznosított kátrányáramok felhasználásával is kísérleteztünk. Az ötlet a körkörös gazdaság aranya volt. A valóság a szűrés és a tisztítás rémálma volt, hogy eltávolítsák a fémes szennyeződéseket, amelyek megmérgeznék az akkumulátorcellát. A tiszta specifikáció elérésének költsége magasabb volt, mint a szűz, ellenőrzött alapanyaggal való kezdésnél. Nehéz lenyelni ezt a pirulát, de nem minden újrahasznosítási út azonnali műszaki vagy gazdasági szempontból életképes. A prioritás a végső zöld technológia teljesítménye és megbízhatósága kell, hogy legyen.

Gyakorlati akadályok az ellátási láncban

Beszél tiszta szén kátrány nem csak kémiai probléma; ez egy logisztikai és beszerzési rejtvény. Az utánpótlás szűkül. Egyes régiókban a hagyományos kokszolási műveletek hanyatlása miatt a kiváló minőségű kátrány folyamatos áramlásának biztosítása komoly gondot jelent. Ez a volatilitás természetesen ösztönzi az innovációt, de a minőség romlását is kockáztatja. Voltak olyan szállítmányaim, ahol a kinolinban nem oldódó (QI) tartalom nem volt specifikált, és az UHP elektródák teljes impregnálási folyamatát ledobta. Elveszett gyártási napok.

Ezért számít a vertikális integráció vagy a nagyon szoros beszállítói kapcsolatok. Hatalmas előnye van annak a gyártónak, aki a kokszolókemence szakaszától kezdve ellenőrzi vagy mélyen megérti az alapanyagát. Korábban végrehajthatják a minőségellenőrzést, beállíthatják a finomítási paramétereket, és ezt biztosíthatják tiszta szén kátrány a kimenet valóban megfelel a célnak. Ez nem olyan dolog, amit csak úgy megvehetsz azonnali piacon, ha a csúcskategóriát szeretnéd grafit elektródák vagy prémium szén -dioxid -adalékanyagok piacra. A Hebei Yaofa Carbon webhelye több mint 20 éves gyártási tapasztalatot említ. Ebben az összefüggésben ez a tapasztalat valószínűleg azt jelenti, hogy több ellátási nehézséget is átvészeltek, és stabilizálták a prekurzor csővezetékeiket, ami nem alku tárgya a megbízható zöld tech anyagellátáshoz.

További fejfájást a sütési kibocsátás okoz. A karbonizáció során a szurok VOC-jai jogos környezeti kihívást jelentenek. A zöld szerep itt magáról a kátrányról az ezeket a kibocsátásokat tartalmazó és kezelő technológiára tolódik el. Fejlett füstelnyelő és égető rendszerek, amelyek a hulladékhőt folyamatenergiává alakítják – ez az, ahol a kátrányalapú folyamatok jelenlegi környezetvédelmi fókusza joggal áll. Ez egy capex-intenzív, de kritikus evolúció.

Jövő: Híd, nem cél

Szóval igen tiszta szén kátrány a zöld tech anyagok jövője? Nem, és nem ismerek senkit a K+F-ben, aki ezt gondolná. Ez egy kritikus híd. Szerepe az, hogy megbízható, nagy teljesítményű szén-anyagokat biztosítson az olyan technológiák kibővítéséhez, mint az elektromos járművek és a hálózati tárolás napjainkban, miközben a teljesen fenntartható prekurzorok (biológiai alapú, újrahasznosított szén stb.) következő generációját fejlesztik és – ami döntően – millió tonnás léptékben bizonyítják.

A kutatás intenzív. Ligninből, műanyaghulladékból pirolízis útján nyert szurok. De valahányszor megnézem az adatlapokat, ugyanazok a kérdések: Tudsz belőle havonta 10 000 tonnát készíteni ugyanazzal a specifikációval? Mennyi a tonnánkénti költség a teljesítménynövekedéshez képest? Új szennyeződéseket visz be? még nem tartunk ott. A jelenlegi rendszer feladása, mielőtt az új elkészülne, magát a zöld átállást is megakasztotta.

Ezért jelenleg a legpragmatikusabb zöld stratégia a hatékonyság maximalizálása a meglévő minden lépésében kőszénkátrány-karbon terméklánc. Ez azt jelenti, hogy be kell fektetni a finomításba, hogy a legtisztább alapanyagot kapjuk, a sütő- és grafitozó kemencéket az energiahatékonyság érdekében optimalizálni kell, és a termékek élettartamát a korlátok közé szorítani. Az ívkemencében 20%-kal hosszabb élettartamú UHP elektróda hatalmas mennyiségű energiát és nyersanyagot takarít meg egy tonna acél előállítása után. Ez kézzelfogható zöld hatás, amelyet egy olyan anyag tesz lehetővé, amelyet gyakran túl gyorsan ronthatunk el.

Befejezés meghajlás nélkül

Itt nincs egyértelmű következtetés. ez rendetlen. A szerep a felszínen ellentmondásos, de a lövészárokban logikus. Tiszta szén kátrány, ez az örökölt ipari anyag, jelenleg nélkülözhetetlen eleme azoknak a technológiáknak, amelyek célja a régi ipari rendszerek kiszorítása. Környezeti értéke közvetett és rendszerszintű – a végső pályázatnak nyújtott hatékonyságban és teljesítményben mutatkozik meg. Ennek az árnyalatnak a figyelmen kívül hagyása, pusztán az optikára alapozott idő előtti cseréjének szorgalma, több kárt okozhat, mint hasznot az innováció ütemének. A hangsúly a felelős beszerzésen, a folyamatok könyörtelen optimalizálásán kell, hogy álljon, és hogy ezeket a szén-anyagokat ne áruként kezeljük, hanem zöldtechnológiai jövőnk precíziós tervezésű összetevőiként. A munka, mint mindig, most is a finom részletekben rejlik.