グリーンテクノロジーにおける純粋なコールタールの役割? 

コールタールとグリーンテクノロジーを同じ文章で聞くと、業界関係者のほとんどは嘲笑するか、完全に混乱した表情を浮かべます。わかった。何十年もの間、伝統的な炭素製造の根幹であるバインダーであるコールタールピッチは、アノードと電極にとって必要悪である汚い秘密でした。この物語は、化石ベースの前駆体から離れることをテーマにしてきました。しかし、その単純化された見方では私たちが見落としがちな点があります。それは、 純粋なコールタール 原材料自体がグリーンであるということではありません。それは、明らかにグリーン移行の一部であるテクノロジーの下流で可能になる効率、無駄の削減、パフォーマンスに関するものです。これは、PR の話では失われがちなニュアンスです。

誤解された先駆者

はっきりさせておきましょう。私たちは、複数の成分を含む粗製のタールについて話しているのではありません。キーワードは 純粋なコールタール、特に組成が制御された精製コールタールピッチ（CTP）。よくある間違いは、すべての炭素前駆体をひとまとめにしてしまうことです。バイオピッチは有望ですが、その一貫性とコークス化の価値はどうなのでしょうか?産業規模では依然としてギャンブルだ。石油ピッチには独自の変動性と供給の問題があります。高純度 CTP は、既知の信頼できる開始点を提供します。その分子構造、つまり芳香族性は、実際、たとえば電気自動車バッテリーのグラファイト陽極に必要な規則正しい炭素格子を作成するのに有利です。環境に優しい部分は、代替案を検討するときに始まります。つまり、より多くのエネルギーが必要となり、より多くの廃棄物が必要となり、最終的にはパフォーマンス単位あたりの二酸化炭素排出量が大きくなる、効率の悪いプロセスです。

私は約 5 年前の、CTP の一部をグラファイト電極用の新しい生物由来のバインダーで置き換えようとしたプロジェクトを思い出します。ラボの結果は素晴らしかったです。パートナー施設での試験運用までスケールアップするのは大失敗でした。ベーキングサイクルが予測不能になり、最終製品の密度がバラバラになり、最終的にはスクラップ率が 40% になってしまいました。これらの欠陥のあるビレットを焼くのに無駄なエネルギーが費やされたため、おそらく何年にもわたってバイオマテリアルによる環境上の利点が無効になっていました。これは、システム全体の効率性についての厳しい教訓でした。場合によっては、原材料がより環境に優しいと、プロセス全体が汚くなることがあります。

ここで、材料科学に関する深い経験を持つ企業が登場します。私は、次のような長年のメーカーの仕様をレビューしました。 Hebei Yaofa Carbon Co.、Ltd。 (詳細は次のサイトでご覧いただけます) https://www.yaofatansu.com）。彼らの焦点は 炭素添加剤 そしてグラファイト電極は前駆体の一貫性に左右されます。河北耀発炭素有限公司は、この分野で 20 年以上の実績を持つ大手カーボン メーカーとして、コール タール ピッチ原料の純度と安定性が最終製品の性能、つまり黒鉛化中の膨れの低減、導電性の向上、寿命の長さに直接つながることを理解しています。製鉄用電炉やリチウムイオン電池の寿命は、持続可能性の直接的な向上につながります。

グリーンテックの隠れた依存関係

グリーンテクノロジーの 2 つの最大の推進力である輸送の電化と再生可能エネルギーの貯蔵に注目してください。どちらも先進的なカーボン素材に大きく依存しています。グラファイトアノード市場は爆発的に拡大しています。しかし、その人造黒鉛はどこから来たのでしょうか?主なルートはニードルコークスの黒鉛化です。ニードルコークス自体は…ご想像のとおり、精製されたものから製造されます。 コールタール または石油の流れ。高容量化、高速充電化の推進により、アノードの微細構造に大きな圧力がかかります。より純粋でより安定したピッチ由来コークスは、欠陥が少なく、より優れたリチウムイオンインターカレーション速度を提供することができます。これは可能性を与える材料であり、見出しの行為ではありません。

次に、あまり魅力的ではない側面があります。それは、導電性です。 炭素添加剤。リチウムイオン陰極用のカーボンブラックやスーパーキャパシタ用の導電剤などです。最もパフォーマンスの高いものの一部は、特殊な tar 処理から派生したものです。最小限の負荷で導電率が向上します。つまり、使用する活性物質が減り、エネルギー密度が増加します。繰り返しますが、これはグリーン デバイスの効率を高める力の乗数です。バッテリーセルメーカーがリチウム源にこだわりながら、炭素添加剤を商品として扱っているのを見てきました。大間違い。添加剤の構造が 2% 変化すると、サイクル寿命が短くなる可能性があります。

また、他の産業からのリサイクルされたタールストリームを使用する実験も行いました。このアイデアはサーキュラーエコノミーゴールドでした。現実は、バッテリーセルを汚染する金属汚染物質を除去するための濾過と精製という悪夢でした。純粋な仕様に達するまでのコストは、管理された未使用の原料から始めるよりも高かった。これは飲み込むのが難しい薬ですが、すべてのリサイクル経路が技術的にも経済的にもすぐに実行可能になるわけではありません。優先すべきは、エンドグリーンテクノロジーのパフォーマンスと信頼性です。

サプライチェーンにおける現実的なハードル

について話しています 純粋なコールタール これは単なる化学の問題ではありません。それは物流と調達のパズルです。供給は逼迫している。一部の地域では伝統的なコークス化事業が衰退しているため、高品質のタールを安定的に確保することが大きな懸念となっています。この不安定さは確かにイノベーションを推進しますが、同時に品質の希薄化を招くリスクもあります。キノリン不溶性 (QI) 含有量が規格外で、UHP 電極のバッチの含浸プロセス全体が失敗した出荷がありました。数日分の生産時間が失われます。

これが、垂直統合や非常に緊密なサプライヤー関係が重要となる理由です。コークス炉の段階から原料を管理または深く理解しているメーカーには、大きな利点があります。品質チェックを早期に実装し、精製パラメータを調整して、 純粋なコールタール 出力はまさに目的に適合しています。高級品を狙うなら、スポット市場で買えるものではありません グラファイト電極 またはプレミアム 炭素添加剤 市場。河北耀発カーボンのウェブサイトには、20年以上の生産経験が記載されています。これに関連して、その経験はおそらく、彼らが複数の供給危機を乗り越え、前駆体パイプラインを安定させたことを意味しており、これは信頼性の高いグリーンテクノロジー材料の供給にとって交渉の余地のないものです。

もう 1 つの問題はベーキング排気です。炭化中のピッチからの VOC は、正当な環境問題です。ここでの環境に優しい役割は、タールそのものから、それらの排出物を封じ込めて処理する技術に移ります。高度なヒューム捕捉および燃焼システムは、その廃熱をプロセスエネルギーに戻します。これが、タールベースのプロセスに対する現在の環境への焦点の適切な位置です。これは設備投資が多額ですが重要な進化です。

未来: 目的地ではなく橋

それで、そうです 純粋なコールタール グリーンテック材料の未来は？いいえ、研究開発部門でそう考えている人を私は知りません。それは重要な橋です。その役割は、今日のEVやグリッドストレージなどのテクノロジーをスケールアップするために必要な、信頼性の高い高性能カーボン素材を提供することであり、その一方で、完全に持続可能な次世代の前駆体（バイオベース、リサイクルカーボンなど）が開発され、極めて重要なことに、100万トン規模で実証されています。

研究は熱心です。廃プラスチックの熱分解によるリグニン由来のピッチ。しかし、データシートを見るたびに疑問は同じになります。同じ仕様で毎月 10,000 トン生産できるでしょうか?パフォーマンスの向上と比較して、1 トンあたりのコストはいくらですか?新たな不純物が混入することはありますか?まだそこには達していません。新しいシステムの準備が整う前に現在のシステムを放棄すると、グリーン移行自体が停滞してしまいます。

したがって、現時点で最も現実的なグリーン戦略は、既存のシステムのあらゆる段階で効率を最大化することです。 コールタール-カーボン製品チェーンへ。これは、最も純粋な原料を得るために精製に投資し、エネルギー効率を高めるために焼成炉と黒鉛化炉を最適化し、製品の寿命を限界まで押し上げることを意味します。アーク炉内で 20% 長く持続する UHP 電極により、生産される鉄鋼 1 トンあたりのエネルギーと原材料が大幅に節約されます。これは、私たちが悪者扱いするのが早すぎる素材によって可能になる、目に見える環境への影響です。

弓を使わずに結論を出す

ここにはきちんとした結論はありません。めちゃくちゃだ。この役割は表面的には矛盾していますが、本質的には論理的です。 純粋なコールタール、このレガシー産業材料は現在、レガシー産業システムを置き換えることを目的としたまさにテクノロジーを実現する不可欠な要素となっています。その環境価値は間接的かつ体系的なものであり、最終アプリケーションに付与される効率とパフォーマンスに現れます。このニュアンスを無視して、光学のみに基づいて時期尚早な代替を推し進めることは、イノベーションのペースに良い影響を与えるどころか、むしろ害を及ぼす可能性があります。責任ある調達、絶え間ないプロセスの最適化、そしてこれらの炭素材料を商品としてではなく、グリーンテクノロジーの未来の精密に設計されたコンポーネントとして扱うことに重点を置く必要があります。いつものように、この作品は細部にまでこだわっています。