Hlutverk hreinnar koltjöru í grænni tækni? 

Þú heyrir koltjöru og græna tækni í sömu setningunni, flestir í greininni annað hvort hæðast að eða líta algjörlega ruglaðir út. Ég skil það. Í áratugi hefur koltjörubik, bindiefnið, burðarás hefðbundinnar kolefnisframleiðslu, verið óhreina leyndarmálið - hið nauðsynlega illska fyrir skauta og rafskaut. Frásögnin hefur snúist um að hverfa frá forverum sem byggja á steingervingum. En hér er það sem við söknum oft í þessari einföldu skoðun: hlutverk hreint koltjöru snýst ekki um að hráefnið sjálft sé grænt; þetta snýst um hagkvæmni, minnkun úrgangs og frammistöðu sem það gerir í tækni sem er ótvírætt hluti af grænu umskiptin. Það er blæbrigði sem glatast í PR-tali.

Misskilinn undanfari

Við skulum vera á hreinu. Við erum ekki að tala um hráu, fjölþátta tjöruna. Leitarorðið er hreint koltjöru, sérstaklega hreinsaður koltjörubik (CTP) með stýrðri samsetningu. Algeng mistök eru að blanda öllum forverum kolefnis saman. Bio-vellir lofa góðu, en samkvæmni þeirra og kóksgildi? Enn fjárhættuspil á iðnaðarmælikvarða. Jarðolíuvöllur hefur sína eigin sveiflur og framboðsvandamál. Háhreint CTP býður upp á þekktan, áreiðanlegan upphafspunkt. Sameindabygging þess, þessi arómatík, er í raun ávinningur fyrir að búa til skipulögð kolefnisgrind sem þarf í, til dæmis, grafítskautunum fyrir rafhlöður rafbíla. Græni hlutinn byrjar þegar þú íhugar valinn: minna skilvirkt ferli sem krefst meiri orku, fleiri hafna og að lokum stærra kolefnisfótspor á hverja frammistöðueiningu.

Ég man eftir verkefni fyrir um fimm árum, þar sem reynt var að skipta út hluta af CTP með nýju lífrænu bindiefni fyrir grafít rafskaut. Niðurstöður rannsóknarstofunnar voru fallegar. Það var hörmung að stækka upp í prufuhlaup hjá samstarfsaðila. Bökunarlotan varð ófyrirsjáanleg, þéttleiki lokaafurðarinnar var út um allt og við enduðum með 40% ruslhlutfall. Orkan sem sóað er í að baka þessar gölluðu plötur hefur líklega afneitað umhverfisávinningi lífefnisins í mörg ár. Þetta var erfið lexía í skilvirkni alls kerfisins. Stundum leiðir grænna hráefnið til óhreinara ferlis í heildina.

Þetta er þar sem fyrirtæki með djúpa reynslu af efnisvísindum koma inn. Ég hef farið yfir forskriftir frá gamalgrónum framleiðendum eins og Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd. (þú getur fundið upplýsingar þeirra á https://www.yaofatansu.com). Áhersla þeirra á kolefnisaukefni og grafít rafskauta lamir á samkvæmni forvera. Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd., sem stór kolefnisframleiðandi með yfir 20 ár í leiknum, skilur að hreinleiki og stöðugleiki hráefnis koltjörubikar þeirra skilar sér beint í frammistöðu í lokaafurðinni - minni blástur við grafítgerð, betri leiðni, lengri líftími. Þessi langlífi í EAF stálframleiðslu eða litíumjónarafhlöðu er bein sjálfbærni ávinningur.

Falið háð Green Tech

Horfðu á tvo stærstu drifkrafta grænnar tækni: rafvæðingu flutninga og geymslu endurnýjanlegrar orku. Bæði hallast mikið að háþróuðum kolefnisefnum. Grafítskautamarkaðurinn er að springa. En hvaðan kemur þessi tilbúna grafít? Helsta leiðin er í gegnum grafítgerð nálarkóks, sem sjálft er framleitt úr... þú giskaðir á það, hreinsað Kol tjöru eða jarðolíustraumar. Þrýstið á meiri afkastagetu, hraðari hleðslu – það setur gífurlegan þrýsting á örbyggingu rafskautsins. Hreinara, samkvæmara kók sem er unnið úr kolum getur boðið upp á færri galla, betri litíumjóna innskotshvörf. Það er efni sem gerir það kleift, ekki fyrirsagnirnar.

Svo er það minna glamorous hliðin: leiðandi kolefnisaukefni. Hlutir eins og kolsvart fyrir Li-jón bakskaut eða leiðandi efni fyrir ofurþétta. Sumir af þeim sem afkasta best eru fengnir úr sérhæfðri tjöruvinnslu. Þeir bæta leiðni við lágmarks álag, sem þýðir að þú notar minna virkt efni, eykur orkuþéttleika. Aftur, það er kraftmargfaldari fyrir skilvirkni græna tækisins. Ég hef séð framleiðendur rafhlöðufrumna hafa þráhyggju yfir litíumgjafanum en meðhöndla kolefnisaukefnið sem vöru. Stór mistök. 2% breytileiki í uppbyggingu aukefnisins getur haldið líftíma hringrásarinnar.

Við gerðum líka tilraunir með að nota endurunna tjörustreyma úr öðrum iðnaði. Hugmyndin var hringlaga hagkerfi gull. Raunveruleikinn var martröð síunar og hreinsunar til að fjarlægja málmmengun sem myndi eitra rafhlöðufrumu. Kostnaðurinn við að koma því í hreint forskrift var hærri en að byrja með ónýtt, stýrt hráefni. Það er erfið pilla að kyngja, en ekki er sérhver endurvinnsluleið strax tæknilega eða efnahagslega hagkvæm. Forgangsverkefnið verður að vera frammistaða og áreiðanleiki grænu tækninnar.

Hagnýtar hindranir í birgðakeðjunni

Tala um hreint koltjöru er ekki bara efnafræðilegt vandamál; þetta er flutnings- og innkaupaþraut. Framboðið er að þrengjast. Með hnignun hefðbundinnar kókunarstarfsemi á sumum svæðum er það raunverulegt áhyggjuefni að tryggja stöðugan straum af hágæða tjöru. Þessi sveifluleiki ýtir undir nýsköpun, vissulega, en það er líka hætta á gæðaþynningu. Ég hef fengið sendingar þar sem kínólín-óleysanlegt (QI) innihaldið var ekki sérstakur, og það kastaði öllu gegndreypingarferlinu fyrir lotu af UHP rafskautum af. Dagar af framleiðslutíma tapað.

Þetta er ástæðan fyrir því að lóðrétt samþætting eða mjög þétt birgjatengsl skipta máli. Framleiðandi sem stjórnar eða skilur djúpt hráefni sitt frá kókofnstigi hefur gríðarlega yfirburði. Þeir geta innleitt gæðaeftirlit fyrr, stillt fínstillingarbreytur og tryggt það hreint koltjöru framleiðsla er sannarlega viðeigandi fyrir tilganginn. Það er ekki eitthvað sem þú getur bara keypt af staðmarkaði ef þú ert að stefna á hágæða Grafít rafskaut eða yfirverð kolefnisaukefni markaði. Vefsíðan fyrir Hebei Yaofa Carbon nefnir yfir 20 ára framleiðslureynslu. Í þessu samhengi þýðir sú reynsla að öllum líkindum að þeir hafi farið í gegnum margar birgðaþrep og komið á stöðugleika í undanfaraleiðslum sínum, sem er óviðræðuhæft fyrir áreiðanlegt framboð á grænu tækniefni.

Annar höfuðverkur er baksturslosunin. VOCs frá vellinum við kolsýringu eru lögmæt umhverfisáskorun. Græna hlutverkið hér færist frá tjörunni sjálfri yfir í tæknina sem inniheldur og meðhöndlar þá losun. Háþróuð reykfanga- og brunakerfi, sem breytir þessum úrgangshita aftur í vinnsluorku - það er þar sem núverandi umhverfisáhersla fyrir ferla sem byggir á tjöru liggur réttilega. Þetta er fjárfestingarfrek en mikilvæg þróun.

Framtíð: Brú, ekki áfangastaður

Svo, er hreint koltjöru framtíð græna tækniefna? Nei, og ég þekki engan í R&D sem heldur að svo sé. Það er mikilvæg brú. Hlutverk þess er að útvega áreiðanleg, afkastamikil kolefnisefni sem þarf til að stækka tækni eins og rafbíla og netgeymslu í dag, á meðan næsta kynslóð fullkomlega sjálfbærra forefna (lífrænt, endurunnið kolefni, osfrv.) er þróað og, sem skiptir sköpum, sannað í milljón tonna mælikvarða.

Rannsóknin er mikil. Bek unnin úr ligníni, úr úrgangi úr plasti með hitagreiningu. En í hvert skipti sem ég skoða gagnablöðin eru spurningarnar þær sömu: Geturðu búið til 10.000 tonn af því með sömu forskriftum í hverjum mánuði? Hver er kostnaðurinn á hvert tonn miðað við frammistöðuaukninguna? Kynnir það ný óhreinindi? Við erum ekki þar ennþá. Að hætta við núverandi kerfi áður en það nýja er tilbúið myndi stöðva græna umskiptin sjálf.

Þess vegna er raunsærsta græna stefnan í bili að hámarka skilvirkni í hverju skrefi sem fyrir er Kol tjöru-til kolefnis vörukeðju. Það þýðir að fjárfesta í hreinsun til að fá hreinasta hráefnið, hámarka bökunar- og grafítgerðarofna fyrir orkunýtingu og ýta endingartíma vöru til hins ýtrasta. UHP rafskaut sem endist 20% lengur í ljósbogaofni sparar gríðarlegt magn af orku og hráefni á hvert framleitt tonn af stáli. Þetta eru áþreifanleg græn áhrif, sem hægt er að gera með efni sem við erum oft of fljót að gera illmenni.

Að ljúka án boga

Hér er engin sniðug niðurstaða. Það er sóðalegt. Hlutverkið er misvísandi á yfirborðinu en rökrétt í skotgröfunum. Hreint koltjöru, þetta eldra iðnaðarefni, er eins og er ómissandi tæki fyrir þá tækni sem miðar að því að koma í stað eldri iðnaðarkerfa. Umhverfisgildi þess er óbeint og kerfisbundið - er að finna í skilvirkni og frammistöðu sem það veitir lokaumsókninni. Að hunsa þennan blæbrigði, þrýsta á um ótímabæra endurnýjun þess sem byggist á ljósfræði eingöngu, gæti gert hraða nýsköpunarinnar meiri skaða en gagn. Áherslan ætti að vera á ábyrga uppsprettu, stanslausa hagræðingu ferla og að meðhöndla þessi kolefnisefni ekki sem vörur, heldur sem nákvæmnishannaða hluti af grænni tækni framtíð okkar. Verkið, eins og alltaf, er í grófum smáatriðum.