Tīras akmeņogļu darvas loma zaļajās tehnoloģijās? 

Jūs dzirdat akmeņogļu darvu un zaļās tehnoloģijas vienā teikumā, lielākā daļa nozares darbinieku vai nu ņirgājas, vai izskatās galīgi apmulsuši. es saprotu. Jau vairākus gadu desmitus akmeņogļu darvas piķis, saistviela, tradicionālās oglekļa ražošanas pamats, ir bijis netīrais noslēpums — anodiem un elektrodiem nepieciešamais ļaunums. Stāstījums ir bijis par attālināšanos no fosiliem prekursoriem. Bet šajā vienkāršotajā skatījumā mēs bieži palaižam garām lietu: lomu tīra ogļu darva nav par to, ka pati izejviela ir zaļa; runa ir par efektivitāti, atkritumu samazināšanu un veiktspēju, ko tas nodrošina pakārtotajās tehnoloģijās, kas nepārprotami ir zaļās pārejas sastāvdaļa. Tā ir nianse, kas pazūd PR runā.

Pārprastais priekštecis

Būsim skaidrībā. Mēs nerunājam par neapstrādātu daudzkomponentu darvu. Atslēgvārds ir tīra ogļu darva, īpaši rafinēts akmeņogļu darvas piķis (CTP) ar kontrolētu sastāvu. Izplatīta kļūda ir visu oglekļa prekursoru sajaukšana. Biopiķi ir daudzsološi, bet to konsistence un koksēšanas vērtība? Joprojām azartspēle rūpnieciskā mērogā. Naftas piķim ir savas nepastāvības un piegādes problēmas. Augstas tīrības pakāpes CTP piedāvā zināmu, uzticamu sākumpunktu. Tās molekulārā struktūra, šī aromātiskums, patiesībā ir ieguvums, lai izveidotu sakārtotus oglekļa režģus, kas nepieciešami, piemēram, elektrisko transportlīdzekļu akumulatoru grafīta anodos. Zaļā daļa sākas, apsverot alternatīvu: mazāk efektīvu procesu, kas prasa vairāk enerģijas, vairāk atgrūžu un galu galā lielāku oglekļa pēdu uz veiktspējas vienību.

Es atceros projektu apmēram piecus gadus atpakaļ, mēģinot aizstāt daļu CTP ar jaunu bioloģiski iegūtu saistvielu grafīta elektrodiem. Laboratorijas rezultāti bija skaisti. Palielināt līdz izmēģinājuma periodam partnerobjektā bija katastrofa. Cepšanas cikls kļuva neparedzams, gala produkta blīvums bija visur, un mēs beidzām ar 40% lūžņu likmi. Enerģija, kas iztērēta, cepot šos bojātos sagataves, iespējams, gadiem ilgi noliedza jebkādu biomateriāla radīto labumu videi. Tā bija smaga mācība par sistēmas mēroga efektivitāti. Dažreiz zaļāka izejviela kopumā noved pie netīrāka procesa.

Šeit ienāk uzņēmumi ar dziļu pieredzi materiālu zinātnē. Esmu pārskatījis tādu ilggadēju ražotāju specifikācijas kā Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd. (jūs varat atrast to informāciju vietnē https://www.yaofatansu.com). Viņu uzmanība tiek pievērsta oglekļa piedevas un grafīta elektrodi ir atkarīgi no prekursora konsistences. Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd. kā liels oglekļa ražotājs, kas spēlē vairāk nekā 20 gadus, saprot, ka viņu akmeņogļu darvas piķa izejvielu tīrība un stabilitāte tieši nozīmē galaprodukta veiktspēju — mazāku uzpūšanos grafitizācijas laikā, labāku vadītspēju un ilgāku kalpošanas laiku. Tērauda ražošanas EAF vai litija jonu akumulatora ilgmūžība ir tiešs ilgtspējības ieguvums.

Green Tech slēptā atkarība

Apskatiet divus lielākos zaļo tehnoloģiju virzītājus: transporta elektrifikāciju un atjaunojamās enerģijas uzglabāšanu. Abi lielā mērā balstās uz progresīviem oglekļa materiāliem. Grafīta anodu tirgus eksplodē. Bet no kurienes nāk šis sintētiskais grafīts? Galvenais ceļš ir adatu koksa grafitizācija, ko ražo no... jūs uzminējāt, rafinēts ogļu darva vai naftas plūsmām. Tiekšanās pēc lielākas ietilpības, ātrākas uzlādes — tas rada milzīgu spiedienu uz anoda mikrostruktūru. Tīrāks, konsekventāks no piķa iegūts kokss var piedāvāt mazāk defektu un labāku litija jonu interkalācijas kinētiku. Tas ir veicinošs materiāls, nevis virsraksta akts.

Tad ir mazāk krāšņā puse: vadoša oglekļa piedevas. Tādas lietas kā ogleklis litija jonu katodiem vai vadošas vielas superkondensatoriem. Daži no visefektīvākajiem ir iegūti no specializētas darvas apstrādes. Tie uzlabo vadītspēju pie minimālām slodzēm, kas nozīmē, ka tiek izmantots mazāk aktīvs materiāls, palielinās enerģijas blīvums. Atkal, tas ir spēka reizinātājs zaļās ierīces efektivitātei. Esmu redzējis, ka akumulatoru elementu ražotāji aizraujas ar litija avotu, bet uztver oglekļa piedevu kā preci. Liela kļūda. Piedevas struktūras izmaiņas par 2% var palielināt cikla ilgumu.

Mēs arī eksperimentējām, izmantojot pārstrādātas darvas plūsmas no citām nozarēm. Ideja bija aprites ekonomikas zelts. Realitāte bija filtrēšanas un attīrīšanas murgs, lai noņemtu metāliskus piesārņotājus, kas saindēs akumulatora elementu. Izmaksas, lai to iegūtu līdz tīrai specifikācijai, bija augstākas nekā sākot ar neapstrādātu, kontrolētu izejvielu. To ir grūti norīt, taču ne katrs pārstrādes ceļš ir uzreiz tehniski vai ekonomiski dzīvotspējīgs. Prioritātei ir jābūt jaunākās zaļās tehnoloģijas veiktspējai un uzticamībai.

Praktiskie šķēršļi piegādes ķēdē

Runājot par tīra ogļu darva nav tikai ķīmijas problēma; tā ir loģistikas un piegādes mīkla. Piedāvājums sarūk. Dažos reģionos samazinoties tradicionālajām koksēšanas darbībām, pastāvīgas augstas kvalitātes darvas plūsmas nodrošināšana ir patiesas bažas. Šī nepastāvība, protams, veicina inovāciju, taču tā arī apdraud kvalitātes pasliktināšanos. Man ir bijuši sūtījumi, kuros hinolīnā nešķīstošais (QI) saturs bija neatbilstošs specifikācijai, un tas apturēja visu UHP elektrodu partijas impregnēšanas procesu. Ražošanas laiks zaudēts vairākas dienas.

Tāpēc svarīga ir vertikālā integrācija vai ļoti ciešas attiecības ar piegādātājiem. Ražotājam, kas kontrolē vai dziļi izprot savas izejvielas no koksa krāsns stadijas, ir milzīgas priekšrocības. Viņi var veikt kvalitātes pārbaudes agrāk, pielāgot rafinēšanas parametrus un nodrošināt to tīra ogļu darva produkcija patiešām atbilst mērķim. Tas nav kaut kas tāds, ko varat vienkārši iegādāties tūlītējā tirgū, ja vēlaties iegūt augstākās klases grafīta elektrodi vai piemaksa oglekļa piedevas tirgus. Hebei Yaofa Carbon tīmekļa vietnē ir minēta vairāk nekā 20 gadu ražošanas pieredze. Šajā kontekstā šī pieredze, visticamāk, nozīmē, ka viņi ir pārvarējuši vairākas piegādes problēmas un ir stabilizējuši savus prekursoru cauruļvadus, kas nav apspriežams, lai nodrošinātu uzticamu zaļo tehnoloģiju materiālu piegādi.

Vēl viena galvassāpes ir cepšanas emisijas. GOS no piķa karbonizācijas laikā ir likumīgs vides izaicinājums. Zaļā loma šeit pāriet no darvas uz tehnoloģiju, kas satur un apstrādā šīs emisijas. Uzlabotas dūmu uztveršanas un sadedzināšanas sistēmas, pārvēršot atkritušo siltumu atpakaļ procesa enerģijā — tieši tur pamatoti ir pašreizējais uz vidi vērstais uz darvas bāzes veidots process. Tā ir intensīva, bet kritiska attīstība.

Nākotne: tilts, nevis galamērķis

Tātad, ir tīra ogļu darva zaļo tehnoloģiju materiālu nākotne? Nē, un es nezinu nevienu pētniecības un attīstības jomā, kas tā domā. Tas ir kritisks tilts. Tās uzdevums ir nodrošināt uzticamus, augstas veiktspējas oglekļa materiālus, kas nepieciešami, lai mūsdienās paplašinātu tādas tehnoloģijas kā EV un tīkla uzglabāšana, savukārt nākamās paaudzes pilnībā ilgtspējīgi prekursori (bioloģiski ražoti, otrreizēji pārstrādāti oglekli utt.) tiek izstrādāti un, ļoti svarīgi, pierādīti miljonu tonnu apjomā.

Pētījums ir intensīvs. Piķis iegūts no lignīna, no plastmasas atkritumiem, izmantojot pirolīzi. Bet katru reizi, kad es skatos datu lapas, jautājumi ir vienādi: vai jūs katru mēnesi varat izgatavot 10 000 tonnu ar vienādām specifikācijām? Kādas ir izmaksas par tonnu salīdzinājumā ar veiktspējas pieaugumu? Vai tas ievieš jaunus piemaisījumus? Mēs vēl neesam tur. Atteikšanās no pašreizējās sistēmas, pirms jaunā ir gatava, apstādinātu pašu zaļo pāreju.

Tāpēc šobrīd pragmatiskākā zaļā stratēģija ir maksimāli palielināt efektivitāti katrā esošā solī ogļu darva- Oglekļa produktu ķēde. Tas nozīmē, ka jāiegulda rafinēšanā, lai iegūtu tīrāko izejvielu, cepšanas un grafitizācijas krāšņu optimizēšanā energoefektivitātei un produktu kalpošanas ilguma ierobežošanai. UHP elektrods, kas loka krāsnī kalpo par 20% ilgāk, ietaupa milzīgus enerģijas un izejmateriālu daudzumus uz tonnu saražotā tērauda. Tā ir taustāma zaļā ietekme, ko nodrošina materiāls, ko mēs bieži pārāk ātri nelabojam.

Nobeigums Bez loka

Šeit nav skaidra secinājuma. Tas ir netīrs. Loma virspusē ir pretrunīga, bet ierakumos loģiska. Tīra ogļu darva, šis mantotais rūpnieciskais materiāls, pašlaik ir neaizstājams veicinātājs pašām tehnoloģijām, kuru mērķis ir izspiest mantotās industriālās sistēmas. Tā vides vērtība ir netieša un sistēmiska — to nosaka efektivitāte un veiktspēja, ko tā piešķir galīgajam pieteikumam. Ignorējot šo niansi, piespiežot to priekšlaicīgi nomainīt, pamatojoties tikai uz optiku, inovāciju tempam var nodarīt vairāk ļauna nekā laba. Uzmanība būtu jākoncentrē uz atbildīgu iegūšanu, nerimstošu procesu optimizāciju un attieksmi pret šiem oglekļa materiāliem nevis kā precēm, bet gan kā precīzi izstrādātām mūsu zaļo tehnoloģiju nākotnes sastāvdaļām. Darbs, kā vienmēr, ir sīkās detaļās.