Vloga čistega premogovega katrana v zeleni tehnologiji? 

Če slišite premogov katran in zeleno tehnologijo v istem stavku, se večina ljudi v industriji posmehuje ali je videti popolnoma zmedeno. Razumem. Desetletja je bila premogov katranska smola, vezivo, hrbtenica tradicionalne proizvodnje ogljika, umazana skrivnost – nujno zlo za anode in elektrode. Pripoved je bila namenjena odmiku od fosilnih predhodnikov. Toda tu je stvar, ki jo v tem poenostavljenem pogledu pogosto pogrešamo: vloga čisti katran s premog ne gre za to, da je surovina zelena; gre za učinkovitost, zmanjšanje količine odpadkov in zmogljivost, ki jih omogoča v tehnologijah, ki so nedvoumno del zelenega prehoda. To je odtenek, ki se izgubi v PR-govoru.

Napačno razumljeni predhodnik

Bodimo jasni. Ne govorimo o surovem, večkomponentnem katranu. Ključna beseda je čisti katran s premog, posebej prečiščena katranska smola (CTP) z nadzorovano sestavo. Pogosta napaka je združevanje vseh predhodnikov ogljika skupaj. Bio-smole so obetavne, toda njihova konsistenca in vrednost koksiranja? Še vedno igra na srečo v industrijskem obsegu. Naftna smola ima svojo nestanovitnost in težave z dobavo. CTP visoke čistosti nudi znano in zanesljivo izhodišče. Njegova molekularna struktura, ta aromatičnost, je pravzaprav korist za ustvarjanje urejenih ogljikovih mrež, ki so potrebne, recimo, v grafitnih anodah za baterije električnih vozil. Zeleni del se začne, ko razmislite o alternativi: manj učinkovitem procesu, ki zahteva več energije, več zavrnjenih izdelkov in na koncu večji ogljični odtis na enoto zmogljivosti.

Spomnim se projekta pred približno petimi leti, ko sem poskušal nadomestiti del CTP z novim biološkim vezivom za grafitne elektrode. Laboratorijski izvidi so bili čudoviti. Razširitev na poskusno delovanje v partnerski ustanovi je bila katastrofa. Cikel pečenja je postal nepredvidljiv, gostota končnega izdelka je bila povsod in na koncu smo imeli 40-odstotno stopnjo odpadkov. Energija, porabljena za peko teh pokvarjenih gredic, je verjetno leta zanikala kakršno koli okoljsko korist od biomateriala. To je bila težka lekcija o učinkovitosti celotnega sistema. Včasih bolj okolju prijazna surovina povzroči bolj umazan proces na splošno.

Tu nastopijo podjetja z bogatimi izkušnjami na področju znanosti o materialih. Pregledal sem specifikacije dolgoletnih proizvajalcev, kot je Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd. (podrobnosti najdete na https://www.yaofatansu.com). Njihova osredotočenost na aditivi ogljika in grafitne elektrode so odvisne od konsistence prekurzorja. Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd., kot velik proizvajalec ogljika z več kot 20 leti v igri, razume, da se čistost in stabilnost njihove surovine smole iz premogovega katrana neposredno prevede v zmogljivost končnega izdelka – manj napihovanja med grafitizacijo, boljša prevodnost, daljša življenjska doba. Ta dolga življenjska doba jeklarske EAF ali litij-ionske baterije je neposredna trajnostna pridobitev.

Skrita odvisnost zelene tehnologije

Poglejte dva največja gonila zelene tehnologije: elektrifikacijo prometa in shranjevanje obnovljive energije. Oba se močno opirata na napredne karbonske materiale. Trg grafitnih anod eksplodira. Toda od kod prihaja ta sintetični grafit? Glavna pot je skozi grafitizacijo iglanega koksa, ki je sam proizveden iz ... uganili ste, rafiniranega Premog katrana ali naftnih tokov. Prizadevanje za večjo zmogljivost, hitrejše polnjenje – ustvarja ogromen pritisk na mikrostrukturo anode. Čistejši, doslednejši koks, pridobljen iz smole, lahko ponudi manj napak in boljšo interkalacijsko kinetiko litij-ionov. To je gradivo, ki omogoča, ne naslovno dejanje.

Potem je tu manj glamurozna stran: prevodna aditivi ogljika. Stvari, kot so saje za Li-ionske katode ali prevodna sredstva za superkondenzatorje. Nekateri najučinkovitejši so pridobljeni s specializirano obdelavo katrana. Izboljšajo prevodnost pri minimalnih obremenitvah, kar pomeni, da porabite manj aktivnega materiala, povečate energijsko gostoto. Še enkrat, to je množitelj sile za učinkovitost zelene naprave. Videl sem, da so proizvajalci baterijskih celic obsedeni z virom litija, a dodatek ogljika obravnavajo kot blago. Velika napaka. 2-odstotna sprememba v strukturi aditiva lahko skrajša življenjsko dobo.

Eksperimentirali smo tudi z uporabo recikliranih tokov katrana iz drugih industrij. Ideja je bila zlato krožno gospodarstvo. Realnost je bila nočna mora filtracije in čiščenja za odstranitev kovinskih onesnaževalcev, ki bi zastrupili baterijsko celico. Stroški pridobivanja čiste specifikacije so bili višji kot začetek s čisto, nadzorovano surovino. To je tableta, ki jo je težko pogoltniti, vendar vsaka pot recikliranja ni takoj tehnično ali ekonomsko izvedljiva. Prednostna naloga mora biti zmogljivost in zanesljivost končne zelene tehnologije.

Praktične ovire v dobavni verigi

Govori o čisti katran s premog ni samo kemijski problem; to je logistična in nabavna uganka. Ponudba se zaostruje. Z upadom tradicionalnih postopkov koksanja v nekaterih regijah je zagotavljanje stalnega toka visokokakovostnega katrana prava skrb. Ta nestanovitnost seveda spodbuja inovacije, vendar tvega tudi oslabitev kakovosti. Imel sem pošiljke, pri katerih vsebnost, netopna v kinolinu (QI), ni ustrezala specifikacijam, kar je izničilo celoten postopek impregnacije za serijo elektrod UHP. Dnevi izgubljenega proizvodnega časa.

Zato sta vertikalna integracija ali zelo tesni odnosi z dobavitelji pomembni. Proizvajalec, ki nadzira ali globoko razume svojo surovino iz stopnje koksarne, ima veliko prednost. Prej lahko izvedejo preverjanje kakovosti, prilagodijo parametre rafiniranja in zagotovijo, da čisti katran s premog rezultat resnično ustreza namenu. To ni nekaj, kar bi lahko kupili na promptnem trgu, če ciljate na vrhunsko Grafitne elektrode ali premium aditivi ogljika trgu. Spletna stran za Hebei Yaofa Carbon omenja več kot 20 let proizvodnih izkušenj. V tem kontekstu ta izkušnja verjetno pomeni, da so se spopadli s številnimi krči v dobavi in ​​stabilizirali svoje cevovode predhodnikov, o čemer se ni mogoče pogajati za zanesljivo oskrbo z materialom zelene tehnologije.

Še en glavobol so emisije pri peki. HOS iz smole med karbonizacijo so upravičen okoljski izziv. Zelena vloga se tukaj premakne s samega katrana na tehnologijo, ki vsebuje in obdeluje te emisije. Napredni sistemi za zajemanje dima in zgorevanje, ki pretvarjajo odpadno toploto nazaj v procesno energijo – to je tisto, kjer je trenutni okoljski poudarek za procese na osnovi katrana upravičeno. To je kapitalno intenziven, a kritičen razvoj.

Prihodnost: most, ne cilj

Torej, je čisti katran s premog prihodnost zelenih tehnoloških materialov? Ne, in ne poznam nikogar v raziskavah in razvoju, ki bi mislil, da je. To je kritičen most. Njegova vloga je zagotoviti zanesljive, visoko zmogljive ogljikove materiale, potrebne za razširitev tehnologij, kot so električna vozila in shranjevanje v omrežju, medtem ko je naslednja generacija popolnoma trajnostnih predhodnikov (na biološki osnovi, recikliran ogljik itd.) razvita in, kar je ključno, dokazana v obsegu milijona ton.

Raziskovanje je intenzivno. Smola, pridobljena iz lignina, iz odpadne plastike s pirolizo. Toda vsakič, ko pogledam podatkovne liste, so vprašanja enaka: ali lahko vsak mesec izdelate 10.000 ton tega z enakimi specifikacijami? Kakšna je cena na tono v primerjavi s povečanjem zmogljivosti? Ali uvaja nove nečistoče? Nismo še tam. Opustitev sedanjega sistema, preden bo novi pripravljen, bi zaustavila sam zeleni prehod.

Zato je za zdaj najbolj pragmatična zelena strategija maksimiranje učinkovitosti na vsakem koraku obstoječega Premog katrana-to-ogljična proizvodna veriga. To pomeni vlaganje v rafiniranje za pridobitev najčistejše surovine, optimizacijo peči za pečenje in grafitizacijo za energijsko učinkovitost ter podaljšanje življenjske dobe izdelkov do njihove meje. Elektroda UHP, ki zdrži 20 % dlje v obločni peči, prihrani ogromne količine energije in surovin na tono proizvedenega jekla. To je oprijemljiv zeleni učinek, ki ga omogoča material, ki ga pogosto prehitro omalovažujemo.

Zaključek brez loka

Tukaj ni čistega zaključka. Neurejeno je. Vloga je na površini protislovna, v strelskih jarkih pa logična. Čisti katran s premog, ta podedovani industrijski material, je trenutno nepogrešljiv dejavnik za same tehnologije, ki želijo izpodriniti obstoječe industrijske sisteme. Njegova okoljska vrednost je posredna in sistemska – najdemo jo v učinkovitosti in zmogljivosti, ki ju zagotavlja končni aplikaciji. Ignoriranje tega odtenka in prizadevanje za njegovo prezgodnjo zamenjavo, ki temelji samo na optiki, bi lahko naredili več škode kot koristi hitrosti inovacij. Poudarek bi moral biti na odgovornem pridobivanju virov, neusmiljeni optimizaciji procesov in obravnavanju teh ogljikovih materialov ne kot blaga, temveč kot natančno izdelanih komponent naše zelene tehnološke prihodnosti. Delo je, kot vedno, v grobih podrobnostih.