Hrein hreinsuð koltjara: umhverfisvæn notkun? 

Þú sérð „hreina hreinsaða koltjöru“ og „vistvæn“ í sömu setningu og fyrsta eðlishvöt þín gæti verið að hæðast að. Ég skil það. Í áratugi hefur arfleifð koltjörunnar verið bundin við stóriðju, PAH og höfuðverk í umhverfismálum. En þessi viðbragðslausa uppsögn missir af blæbrigðum þess sem „fágaður“ þýðir í raun og veru í iðnaðarsamhengi í dag og þar sem efnisvísindin hafa þagað út landamærin. Þetta snýst ekki um að grænþvo gamla vöru; það snýst um að spyrja hvort mjög unnin afleiða, þegar hún er notuð með nákvæmni og fullri lífsferilsstýringu, geti passað inn í nútíma sjálfbærni ramma. Svarið er ekki einfalt já eða nei – þetta er röð af „það fer eftir“ byggt á notkun, staðgöngurökfræði og úrgangsstraumsstjórnun. Við skulum taka það upp.

Fágunarþröskuldurinn: Þar sem „Hreint“ byrjar að skipta máli

Ekki er öll koltjara búin til jafn. Dótið sem gefur öllum flokknum slæmt orð er oft gróft eða lítið unnið efni. Þegar við tölum um hrein hreinsuð koltjara, sérstaklega fyrir iðnaðarnotkun, erum við að vísa til vöru sem hefur gengist undir verulega eimingu og meðhöndlun til að fjarlægja rokgjarna, lágt sjóðandi hluta og þétta tiltekin arómatísk efnasambönd. Lykillinn er fjarlægingarþröskuldurinn. Vara eins og hámarksbindiefnið frá birgi með djúpa sérfræðiþekkingu á efni — til dæmis, Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd., sem hefur unnið kolefni í meira en 20 ár — er heimur fyrir utan almenna, óhreinsaða tjöru. Áhersla þeirra á samræmd, hágæða kolefnisaukefni og rafskaut krefst hráefnis með fyrirsjáanlega eiginleika. Þetta fágunarstig dregur úr breytileika og einbeitingu erfiðustu ljósendanna, sem er fyrsta, óumsemjanlega skrefið í átt að hugsanlegum „vistvænum“ fullyrðingum.

Þar sem gúmmíið mætir veginum kemur í staðinn. Ein af áþreifanlegustu „umhverfisvænu“ rökunum eru þegar hreinsaður koltjörubik virkar sem bindiefni í kolefnisskautum fyrir álbræðslu eða í grafít rafskautum. „Vingjarnlegur“ hlutinn er samanburðarhæfur. Ef annað bindiefnið er dregið úr ferskum jarðolíustraumi eru rökin sú að notkun aukaafurðar stálframleiðslu (koltjöru) sé mynd af iðnaðarsamlífi sem bætir gildi við úrgangsstraum. Það er ekki „hreint“ í algjörum skilningi, en það getur verið auðlindahagkvæmara á kerfisstigi. Kolsýringarferlið í rafskautaframleiðslu læsir einnig verulegan hluta kolefnisins í stöðugt fylki, sem dregur úr hugsanlegri losun á notkunarfasa vörunnar samanborið við minna stöðug bindiefni. Þetta er lífsferilsútreikningur, ekki fyrirsögn.

Ég hef séð verkefni hrasa með því að hunsa þennan þröskuld. Viðskiptavinur vildi einu sinni nota ódýrari, hálfhreinsaða tjöru fyrir sérvöru kolefnisvöru, tálbeita af lægri fyrirframkostnaði. Ósamræmið í seigju og kóksgildi leiddi til gríðarlegrar framleiðslu höfnunar, orkusóunar í endurkvörðunarofnum og að lokum mengaðrar lotu sem varð förgunarábyrgð. Heildarkostnaður umhverfis- og efnahagsmála var mun meiri en upphaflegur sparnaður. Sú reynsla staðfesti fyrir mér að „hreint“ og „fágað“ eru ekki markaðsfluff hér; þau eru forsenda hagkvæmni og lágmarks úrgangs í niðurstreymi. Þú getur ekki talað um umhverfisforrit ef grunnefnið þitt er óstöðugt.

Veggskotsforrit: Þar sem rökin halda vatni

Fyrir utan stóra rafskautabindingu eru til sesssvæði þar sem raunverulega er erfitt að skipta út eiginleikum hreinsaðrar koltjöru fyrir „grænni“ valkost sem nú er fáanlegur. Hugsaðu um sérhæfðar kolefnissamsetningar fyrir loftrými eða afkastamikil þéttiefni. Í þessum tilfellum er frammistöðukrafan - mikill varmastöðugleiki, sértæk leiðni, ógegndræpi - svo ströng að kolefnisfótspor bilunar (hlutur sem uppfyllir ekki forskrift og verður að afmá, eða innsigli sem lekur) dvergar fótspor bindiefnisins sjálfs. Hér snýst „umhverfisvæna“ hornið um endingu og langlífi í háþróaðri notkun. Að nota undirmálsbindiefni gæti þýtt að íhlutur endist í 5 ár í stað 20, sem þarfnast tíðar endurnýjunar og allrar innbyggðrar orku og úrgangs sem því fylgir.

Annað svæði sem vert er að skoða er í stýrðum, háhitaferlum til framleiðslu á kolefnisefni sjálfri. Fyrirtæki eins og Hebei Yaofa Carbon, með áherslu á UHP grafít rafskaut, er í meginatriðum í viðskiptum við að umbreyta bindiefnum í hreint, kristallað kolefnisbyggingu. Í ofnum þeirra, við nákvæmar aðstæður, er rokgjarnt efni úr hreinsaða vellinum fangað og oft notað sem aukaeldsneytisgjafi fyrir hitunarferlið, sem skapar lokað orkuendurvinnslukerfi. Lokaafurðin, grafítrafskautið, er óvirkt og mikilvægt fyrir stálframleiðslu í ljósbogaofnum, sem er sjálfbærari leið samanborið við hefðbundna háofna. Þú getur fylgst með þessari keðju á síðunni þeirra á https://www.yaofatansu.com— það er góð tilviksrannsókn í samþættingu iðnaðar. Umhverfisávinningurinn er óbeinn en raunverulegur: gerir kleift að endurvinna stál á skilvirkari hátt.

Við gerðum einnig tilraunir með að nota ofurhreinsað brot sem undanfara gervigrafíts í rafhlöðum fyrir nokkrum árum. Kenningin var traust: þétt, mjög arómatískt hráefni gæti gefið góða grafítíska uppbyggingu. Hagnýti bilunin var hreinleiki. Óhreinindi úr snefilmálmum, jafnvel við ppm-gildi, sem eru þolanleg í rafskauti í stálframleiðslu eru skelfileg fyrir litíumjónarafhlöðuskaut. Hreinsunarkostnaðurinn við að fjarlægja þá þurrkaði út alla umhverfislega eða efnahagslega kosti fram yfir jarðolíukók. Það var edrú lexía að „hreinsað fyrir eina atvinnugrein“ þýðir ekki „hreinsað fyrir alla.“ Umsóknin skilgreinir staðalinn.

Óumflýjanlegir staðir: Losun og lífslok

Engin umræða er heiðarleg án þess að horfast í augu við erfiðu hlutana. Aðal umhverfisáskorunin með hrein hreinsuð koltjara er áfram meðhöndlun og fyrstu vinnslu losun. Jafnvel hreinsað inniheldur það PAH. Við blöndun, mótun og fyrstu stigum baksturs er gufufanga algjörlega mikilvægt. Ég hef heimsótt verksmiðjur þar sem þessu er stjórnað með háþróaðri hreinsun og varmaoxunarefnum, sem breytir hugsanlegum mengunarefnum í CO2 og vatnsgufu - skipta máli, en stjórnað. Ég hef líka séð eldri aðstöðu þar sem flóttalosunin er áþreifanleg. „Vitvistvæn“ möguleiki umsóknarinnar er algjörlega háður þessari rekstrarþungu. Bindiefnið sjálft er ekki vingjarnlegt; verkfræðilega kerfið í kringum notkun þess getur verið.

End-of-life er hinn fíllinn í herberginu. Kolefnisskaut er neytt í álpottinum. Grafít rafskaut er smám saman oxað í EAF. En hvað með kolefnissamsetningar eða sérvörur við lok lífs síns? Þau eru að miklu leyti óvirkt kolefni, þannig að urðun er áhættulítil frá útskolunarsjónarmiði, en það er samt úrgangur. Það er tæknilega krefjandi að endurvinna þessi efni aftur í hágæða kolefnisstraum og ekki enn hagkvæmt. Þetta er stór gjá í sjálfbærni frásögninni. Bestu rökin nú eru þau að þessi efni geri langlífa, afkastamikla notkun, sem tefji fyrir endingartímann um áratugi. En við þurfum betri lausnir fyrir endanlega förgun eða helst hringlaga endurnotkun.

Þetta er þar sem viðræður iðnaðarins þurfa að fara. Í stað óljósra fullyrðinga ætti áherslan að vera á gagnsæ gögn: sérstakt PAH-snið hreinsaðrar vöru á móti hráefnis, orkunýtingarhlutfalls í nútíma bökunarofnum og heildarkolefnisjafnvægis hreinsaðrar tjöru-undirstaða vöru samanborið við jómfrúarvöru sem byggir á valkostum. Þetta eru sóðaleg, forritssértæk gögn, en það er það eina sem færir samtalið út fyrir markaðssetningu.

Reglugerðar- og skynjunarhindranir

Jafnvel þótt tæknileg rök fyrir minni kerfisáhrifum geti komið fram í tiltekinni notkun, þá er regluverkið og almenna skynjunarramminn oft barefli. Í mörgum lögsagnarumdæmum er „koltjara“ kveikjuorð, sem dregur saman fágaða iðnaðarbindiefnið með kreósótmeðhöndluðum járnbrautarböndum eða gömlum gangstéttarþéttiefnum. Þetta skapar hindrun fyrir ættleiðingu, jafnvel fyrir verkfræðinga sem sjá ávinninginn af frammistöðunni. Að sigla þetta krefst nákvæmrar skjala, öryggisblaða sem greinilega aðgreina vöruna og oft sannprófunar þriðja aðila á losunarsniðum við notkun. Það er aukinn kostnaður og flókið sem allir verkefnastjórar þurfa að vega að.

Frá sjónarhóli innkaupa er þetta ástæðan fyrir því að takast á við rótgróna framleiðendur skiptir máli. Fyrirtæki með 20 ár í leiknum, eins og það sem áður var nefnt, hefur þurft að aðlaga ferla sína og skjöl til að uppfylla síbreytilega staðla. Vörusamkvæmni þeirra snýst ekki bara um gæði; það snýst um að búa til áreiðanleg gögn fyrir umhverfis- og öryggisreglur. Þegar ég tilgreini efni eins og þetta þarf ég að vita hegðun þess frá lotu til lotu, ekki bara fyrir ferlið mitt heldur fyrir umhverfisleyfið mitt. Óáreiðanlegur birgir hér stofnar ekki bara vörunni minni í hættu; þeir hætta á starfsleyfinu mínu.

Skynjunarhindrun kæfir einnig nýsköpun. Það er erfiðara að tryggja fjármögnun rannsókna og þróunar til að bæta umhverfissnið „koltjöru“ vöru en fyrir lífrænan valkost, jafnvel þótt lífræn valkosturinn hafi sína eigin dulda landnotkun eða vinnsluáhrif. Þetta er raunveruleiki sviðsins. Raunhæfasta leiðin fram á við er að halda áfram að hagræða innan hinna rótgrónu, verðmætu, árangursmiklu forrita þar sem efnið er nauðsynlegt, og vera hrottalega heiðarlegur um takmarkanir þess annars staðar.

Niðurstaða: Verkfæri, ekki panacea

Svo, er hrein hreinsuð koltjara umhverfisvæn? Það er röng spurning. Það er sérhæft iðnaðarefni með flókið snið. Í sérstökum, stýrðum forritum - fyrst og fremst sem afkastamikið bindiefni í kolefnis- og grafítvörur þar sem það gerir auðlindanýtingu, nýtingu úrgangsstraums og langlífa frammistöðu kleift - getur það verið hluti af sjálfbærara iðnaðarkerfi. „Græna“ skilríki þess er algjörlega samhengisbundið og kerfisbundið, aldrei eðlislægt. Hreinsunarferlið er forsenda og rekstrarstýringin við notkun þess er það sem gerir eða brýtur hvers kyns umhverfisávinning.

Raunveruleg reynsla, allt frá misheppnuðum tilraunum með rafhlöðuefni til þess að sjá samþætta endurheimt orku í rafskautaverksmiðjum, sýnir skýr skil. Þar sem það er notað sem drop-in staðgengill án þess að skilja sérstaka hegðun þess mistekst það. Þar sem það er samþætt í vel hannað ferli með lokuðu lykkju með fullri losunarstýringu - eins og við framleiðslu á hágæða rafskautum fyrir rafstálframleiðslu - finnur það réttlætanlegan, og að öllum líkindum bjartsýni, stað í efnisheiminum. Markmiðið ætti ekki að vera að endurmerkja það, heldur að beita því af nákvæmni, heiðarleika varðandi málamiðlanir þess og stanslausri áherslu á að lágmarka áhrif þess frá vöggu til grafar. Það er eina tegundin af „vingjarnlegri“ sem stenst skoðun í þessum iðnaði.