De rol van pure koolteer in groene technologie? 

Je hoort koolteer en groene technologie in dezelfde zin, de meeste mensen in de sector spotten of zien er volkomen verward uit. Ik snap het. Koolteerpek, het bindmiddel en de ruggengraat van de traditionele koolstofproductie, is decennialang het vuile geheim geweest: het noodzakelijke kwaad voor anodes en elektroden. Het verhaal ging helemaal over het afstappen van op fossielen gebaseerde voorlopers. Maar dit is wat we vaak missen in die simplistische kijk: de rol van pure koolteer het gaat er niet om dat de grondstof zelf groen is; het gaat om de efficiëntie, de afvalvermindering en de prestaties die het stroomafwaarts mogelijk maakt in technologieën die ondubbelzinnig deel uitmaken van de groene transitie. Het is een nuance die verloren gaat in PR-taal.

De verkeerd begrepen voorloper

Laten we duidelijk zijn. We hebben het niet over de ruwe, uit meerdere componenten bestaande teer. Het sleutelwoord is pure koolteer, specifiek geraffineerd koolteerpek (CTP) met gecontroleerde samenstelling. De veelgemaakte fout is het op één hoop gooien van alle koolstofprecursoren. Biovelden zijn veelbelovend, maar hun consistentie en cokeswaarde? Nog steeds een gok op industriële schaal. Petroleumpek heeft zijn eigen volatiliteit en leveringsproblemen. Een hoogzuiver CTP biedt een bekend, betrouwbaar uitgangspunt. De moleculaire structuur, die aromaatiteit, is feitelijk een voordeel voor het creëren van de geordende koolstofroosters die nodig zijn in bijvoorbeeld de grafietanodes voor batterijen van elektrische voertuigen. Het groene gedeelte begint wanneer je het alternatief overweegt: een minder efficiënt proces dat meer energie vereist, meer uitval en uiteindelijk een grotere ecologische voetafdruk per prestatie-eenheid.

Ik herinner me een project van ongeveer vijf jaar geleden, waarbij werd geprobeerd een deel van het CTP te vervangen door een nieuw, biologisch afgeleid bindmiddel voor grafietelektroden. De laboratoriumresultaten waren prachtig. Opschalen naar een proefdraaien bij een partnerfaciliteit was een ramp. De bakcyclus werd onvoorspelbaar, de dichtheid van het eindproduct was overal en we eindigden met een afvalpercentage van 40%. De energie die werd verspild bij het bakken van die defecte knuppels heeft waarschijnlijk jarenlang elk milieuvoordeel van het biomateriaal tenietgedaan. Het was een harde les in systeembrede efficiëntie. Soms leidt de groenere grondstof tot een vuiler proces in het algemeen.

Dit is waar bedrijven met diepgaande ervaring op het gebied van de materiaalkunde in beeld komen. Ik heb specificaties van gerenommeerde producenten beoordeeld, zoals Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd. (U vindt hun gegevens op https://www.yaofatansu.com). Hun focus op koolstofadditieven en grafietelektroden hangt af van de consistentie van de precursor. Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd. begrijpt, als grote koolstoffabrikant met meer dan 20 jaar ervaring, dat de zuiverheid en stabiliteit van hun koolteerpekgrondstof zich direct vertaalt in de prestaties van het eindproduct: minder puffen tijdens grafitisering, betere geleiding, langere levensduur. Die lange levensduur in een EAF voor staalproductie of een lithium-ionbatterij is een directe duurzaamheidswinst.

De verborgen afhankelijkheid van Green Tech

Kijk naar de twee grootste drijvende krachten achter groene technologie: de elektrificatie van het transport en de opslag van hernieuwbare energie. Beide leunen zwaar op geavanceerde koolstofmaterialen. De markt voor grafietanoden explodeert. Maar waar komt dat synthetische grafiet vandaan? Een belangrijke route is het grafitiseren van naaldcokes, die zelf wordt geproduceerd uit… je raadt het al, verfijnd koolteer of aardoliestromen. De drang naar een hogere capaciteit en sneller opladen legt een enorme druk op de microstructuur van de anode. Een zuiverdere, meer consistente cokes afgeleid van pek kan minder defecten en een betere intercalatiekinetiek van lithium-ionen bieden. Het is een faciliterend materiaal, niet de hoofdact.

Dan is er de minder glamoureuze kant: geleidend koolstofadditieven. Dingen zoals carbon black voor Li-ion-kathodes of geleidende middelen voor supercondensatoren. Enkele van de best presterende zijn afkomstig van gespecialiseerde teerverwerking. Ze verbeteren de geleidbaarheid bij minimale belastingen, wat betekent dat u minder actief materiaal gebruikt en de energiedichtheid verhoogt. Nogmaals, het is een krachtvermenigvuldiger voor de efficiëntie van het groene apparaat. Ik heb fabrikanten van batterijcellen geobsedeerd zien raken door de lithiumbron, maar het koolstofadditief als handelswaar behandelen. Grote fout. Een variatie van 2% in de structuur van het additief kan de levensduur van de cyclus verkorten.

We hebben ook geëxperimenteerd met het gebruik van gerecyclede teerstromen uit andere industrieën. Het idee was goud voor de circulaire economie. De realiteit was een nachtmerrie van filtratie en zuivering om metaalverontreinigingen te verwijderen die een batterijcel zouden vergiftigen. De kosten om het tot pure specificaties te brengen waren hoger dan het starten met een nieuwe, gecontroleerde grondstof. Het is een zware pil om te slikken, maar niet elk recyclingtraject is direct technisch of economisch haalbaar. De prioriteit moet liggen bij de prestaties en betrouwbaarheid van de uiteindelijke groene technologie.

De praktische hindernissen in de supply chain

Over gesproken pure koolteer is niet alleen een scheikundig probleem; het is een logistieke en sourcing-puzzel. Het aanbod wordt krapper. Nu de traditionele cokesproductie in sommige regio's afneemt, is het veiligstellen van een gestage stroom teer van hoge kwaliteit een echte zorg. Deze volatiliteit stimuleert uiteraard innovatie, maar brengt ook het risico met zich mee dat de kwaliteit verwatert. Ik heb zendingen gehad waarbij de chinoline-onoplosbare (QI) inhoud niet aan de specificaties voldeed, waardoor het hele impregnatieproces voor een partij UHP-elektroden in het gedrang kwam. Dagen productietijd verloren.

Dit is de reden waarom verticale integratie of zeer nauwe leveranciersrelaties van belang zijn. Een fabrikant die zijn grondstoffen vanaf de cokesovenfase beheerst of diepgaand begrijpt, heeft een enorm voordeel. Ze kunnen kwaliteitscontroles eerder uitvoeren, raffinageparameters aanpassen en daarvoor zorgen pure koolteer de output is echt geschikt voor het doel. Het is niet iets dat je zomaar op een spotmarkt kunt kopen als je op het hoogste niveau mikt grafietelektroden of premie koolstofadditieven markt. Op de website van Hebei Yaofa Carbon wordt melding gemaakt van ruim 20 jaar productie-ervaring. In deze context betekent die ervaring waarschijnlijk dat ze meerdere aanbodcrisissen hebben doorstaan ​​en hun pijpleidingen voor precursoren hebben gestabiliseerd, wat niet onderhandelbaar is voor een betrouwbaar aanbod van groene technologie-materialen.

Een andere hoofdpijn is de bakuitstoot. De VOS uit pek tijdens de carbonisatie vormen een legitieme uitdaging voor het milieu. De groene rol verschuift hier van de teer zelf naar de technologie die deze emissies bevat en verwerkt. Geavanceerde systemen voor het opvangen en verbranden van dampen, die die afvalwarmte weer omzetten in procesenergie – dat is waar de huidige milieufocus voor op teer gebaseerde processen terecht ligt. Het is een kapitaalintensieve maar cruciale evolutie.

Toekomst: brug, geen bestemming

Zo, is pure koolteer de toekomst van groene technologiematerialen? Nee, en ik ken niemand in R&D die denkt van wel. Het is een cruciale brug. Het is zijn rol om de betrouwbare, hoogwaardige koolstofmaterialen te leveren die nodig zijn om technologieën zoals elektrische voertuigen en elektriciteitsopslag vandaag de dag op te schalen, terwijl de volgende generatie volledig duurzame precursoren (biogebaseerde, gerecycleerde koolstof, enz.) wordt ontwikkeld en, cruciaal, bewezen is op een schaal van miljoenen tonnen.

Het onderzoek is intensief. Pek verkregen uit lignine, uit afvalplastic via pyrolyse. Maar elke keer als ik naar de datasheets kijk, zijn de vragen dezelfde: kun je er elke maand 10.000 ton van maken met dezelfde specificaties? Wat zijn de kosten per ton vergeleken met de prestatieverbetering? Brengt het nieuwe onzuiverheden met zich mee? We zijn er nog niet. Het verlaten van het huidige systeem voordat het nieuwe klaar is, zou de groene transitie zelf vertragen.

Daarom is de meest pragmatische groene strategie voor nu het maximaliseren van de efficiëntie bij elke stap van het bestaande koolteer-tot-koolstof productketen. Dat betekent investeren in raffinage om de zuiverste grondstoffen te verkrijgen, het optimaliseren van bak- en grafitiseringsovens voor energie-efficiëntie en het tot het uiterste opdrijven van de levensduur van producten. Een UHP-elektrode die 20% langer meegaat in een boogoven bespaart enorme hoeveelheden energie en grondstoffen per ton geproduceerd staal. Dat is een tastbare groene impact, mogelijk gemaakt door een materiaal dat we vaak te snel tot slechterik maken.

Afsluiting zonder buiging

Er is hier geen nette conclusie. Het is rommelig. De rol is aan de oppervlakte tegenstrijdig, maar logisch in de loopgraven. Pure koolteer, dit oude industriële materiaal, is momenteel een onmisbare factor voor technologieën die erop gericht zijn oude industriële systemen te vervangen. De ecologische waarde ervan is indirect en systemisch: deze wordt gevonden in de efficiëntie en prestaties die het oplevert voor de uiteindelijke toepassing. Het negeren van deze nuance en het aandringen op voortijdige vervanging ervan op basis van uitsluitend optica zou meer kwaad dan goed kunnen doen voor het innovatietempo. De nadruk moet liggen op verantwoorde inkoop, meedogenloze procesoptimalisatie en het behandelen van deze koolstofmaterialen niet als handelswaar, maar als nauwkeurig ontworpen componenten van onze groene technologietoekomst. Het werk zit, zoals altijd, in de korrelige details.