Улога чистог катрана угља у зеленој технологији? 

У истој реченици чујете катран угља и зелену технологију, већина људи у индустрији се или руга или изгледа потпуно збуњено. Схватам. Деценијама, смола од катрана, везиво, окосница традиционалне производње угљеника, била је прљава тајна — неопходно зло за аноде и електроде. Наратив је био све о удаљавању од прекурсора заснованих на фосилима. Али ево ствари које често пропуштамо у том поједностављеном погледу: улога чисти угљени катран не ради се о томе да је сама сировина зелена; ради се о ефикасности, смањењу отпада и перформансама које омогућава низводно у технологијама које су недвосмислено део зелене транзиције. То је нијанса која се губи у ПР-говору.

Несхваћени претходник

Да будемо јасни. Не говоримо о сировом, вишекомпонентном катрану. Кључна реч је чисти угљени катран, посебно рафинисани катран угља (ЦТП) са контролисаним саставом. Уобичајена грешка је спајање свих прекурсора угљеника заједно. Био-смоле обећавају, али њихова конзистенција и вредност коксовања? Још увек коцка на индустријском нивоу. Нафтна смола има сопствену волатилност и проблеме са снабдевањем. ЦТП високе чистоће нуди познату, поуздану полазну тачку. Његова молекуларна структура, та ароматичност, заправо је корист за стварање уређених угљеничних решетки потребних, рецимо, у графитним анодама за батерије електричних возила. Зелени део почиње када узмете у обзир алтернативу: мање ефикасан процес који захтева више енергије, више отпада и на крају, већи угљенични отисак по јединици учинка.

Сећам се пројекта пре око пет година, покушавајући да замени део ЦТП-а новим везивом добијеним из биологије за графитне електроде. Лабораторијски резултати су били прелепи. Прелазак на пробни рад у партнерској установи је био катастрофа. Циклус печења постао је непредвидив, густина финалног производа је била свуда, а на крају смо имали стопу отпада од 40%. Енергија потрошена на печење ових неисправних гредица је вероватно годинама негирала било какву еколошку корист од биоматеријала. Била је то тешка лекција о ефикасности у целом систему. Понекад, зеленија сировина доводи до прљавијег процеса у целини.

Овде долазе компаније са дубоким искуством у науци о материјалима. Прегледао сам спецификације дугогодишњих произвођача као што су Хебеи Иаофа Царбон Цо., Лтд. (њихове детаље можете пронаћи на хттпс://ввв.иаофатансу.цом). Њихов фокус на угљенични адитиви а графитне електроде зависе од конзистенције прекурсора. Хебеи Иаофа Царбон Цо., Лтд., као велики произвођач угљеника са преко 20 година у игри, разуме да се чистоћа и стабилност њихове сировине од смоле од угљеног катрана директно претварају у перформансе у финалном производу – мање пухања током графитизације, боља проводљивост, дужи животни век. Та дуговечност у ЕАФ-у за производњу челика или литијум-јонској батерији је директан добитак одрживости.

Скривена зависност Греен Тецх-а

Погледајте два највећа покретача зелене технологије: електрификација транспорта и складиштење обновљиве енергије. Оба се у великој мери ослањају на напредне угљеничне материјале. Тржиште графитних анода експлодира. Али одакле долази тај синтетички графит? Главни пут је кроз графитизацију игличастог кокса, који се и сам производи од... погађате, рафинираног катран угља или токови нафте. Потицање већег капацитета, бржег пуњења - врши огроман притисак на микроструктуру аноде. Чистији, конзистентнији кокс добијен од смоле може понудити мање дефеката, бољу кинетику интеркалације литијум-јона. То је материјал који омогућава, а не насловни чин.

Затим постоји мање гламурозна страна: проводљива угљенични адитиви. Ствари попут чађе за Ли-јонске катоде или проводних агенаса за суперкондензаторе. Неки од најуспешнијих су изведени из специјализоване обраде катрана. Они побољшавају проводљивост при минималним оптерећењима, што значи да користите мање активног материјала, повећавају густину енергије. Опет, то је множилац силе за ефикасност зеленог уређаја. Видео сам да су произвођачи батерија опседнути извором литијума, али третирају адитив угљеника као робу. Велика грешка. Варијација од 2% у структури адитива може да продужи животни век циклуса.

Такође смо експериментисали са коришћењем рециклираних токова катрана из других индустрија. Идеја је била злато кружне економије. Реалност је била ноћна мора филтрације и пречишћавања како би се уклонили метални загађивачи који би отровали ћелију батерије. Трошкови довођења до чисте спецификације били су већи него почињање са девичанским, контролисаним сировинама. То је тешка пилула за прогутање, али није сваки пут рециклаже одмах технички или економски одржив. Приоритет морају бити перформансе и поузданост крајње зелене технологије.

Практичне препреке у ланцу снабдевања

Говорећи о чисти угљени катран није само проблем хемије; то је загонетка логистике и извора. Снабдевање се стеже. Са опадањем традиционалних операција коксовања у неким регионима, обезбеђивање сталног прилива висококвалитетног катрана је права брига. Ова волатилност гура иновације, наравно, али такође ризикује разводњавање квалитета. Имао сам пошиљке у којима је садржај нерастворљив у кинолину (КИ) био ван спецификација, и одбацио је цео процес импрегнације за серију УХП електрода. Изгубљени дани времена производње.

Због тога је важна вертикална интеграција или веома чврсти односи са добављачима. Произвођач који контролише или дубоко разуме своју сировину из фазе коксне пећи има огромну предност. Они могу раније да спроведу проверу квалитета, да подесе параметре прераде и то обезбеде чисти угљени катран излаз је заиста погодан за сврху. То није нешто што можете једноставно купити на спот тржишту ако циљате на врхунски графитне електроде или премиум угљенични адитиви тржиште. Веб страница за Хебеи Иаофа Царбон помиње преко 20 година искуства у производњи. У овом контексту, то искуство вероватно значи да су се кретали кроз вишеструке кризе у снабдевању и стабилизовали своје цевоводе прекурсора, о чему се не може преговарати за поуздано снабдевање зеленом технологијом.

Још једна главобоља је емисија печења. ВОЦ из смоле током карбонизације представљају легитиман еколошки изазов. Зелена улога се овде помера са самог катрана на технологију која садржи и третира те емисије. Напредни системи за хватање и сагоревање дима, претварајући ту отпадну топлоту назад у процесну енергију – ту с правом лежи тренутни фокус на животну средину за процесе засноване на катрану. То је капитално интензивна, али критична еволуција.

Будућност: мост, а не одредиште

Дакле, јесте чисти угљени катран будућност зелених технолошких материјала? Не, и не знам никога у истраживању и развоју ко мисли да јесте. То је критичан мост. Његова улога је да обезбеди поуздане угљеничне материјале високих перформанси који су потребни за проширење технологија као што су ЕВ и складиштење на мрежи данас, док је следећа генерација потпуно одрживих прекурсора (на биолошки бази, рециклирани угљеник, итд.) развијена и, што је кључно, доказана на милион тона.

Истраживање је интензивно. Смола добијена од лигнина, из отпадне пластике путем пиролизе. Али сваки пут када погледам листове са подацима, питања су иста: Можете ли направити 10.000 тона истог са истим спецификацијама сваког месеца? Која је цена по тони у поређењу са повећањем перформанси? Да ли уноси нове нечистоће? још нисмо тамо. Напуштање постојећег система пре него што је нови спреман зауставило би саму зелену транзицију.

Стога је најпрагматичнија зелена стратегија за сада максимизирање ефикасности на сваком кораку постојећег катран угља-ланац производа до угљеника. То значи улагање у прераду како би се добила најчистија сировина, оптимизација пећи за печење и графитизацију за енергетску ефикасност и померање животног века производа до крајњих граница. УХП електрода која траје 20% дуже у лучној пећи штеди огромне количине енергије и сировог материјала по тони произведеног челика. То је опипљив зелени утицај, који је омогућен материјалом који често пребрзо кваримо.

Закључно без наклона

Овде нема доброг закључка. Неуредно је. Улога је контрадикторна на површини, али логична у рововима. Чисти катран угља, овај наслијеђени индустријски материјал, тренутно је незамјењив покретач за саме технологије које имају за циљ замјену застарјелих индустријских система. Његова еколошка вредност је индиректна и системска—пронађена у ефикасности и перформансама које даје коначној примени. Игнорисање ове нијансе, гурајући се на њену превремену замену засновану само на оптици, могло би донети више штете него користи темпу иновација. Фокус би требало да буде на одговорном набавци, немилосрдној оптимизацији процеса и третирању ових угљеничних материјала не као робе, већ као прецизно пројектованих компоненти наше зелене технолошке будућности. Рад је, као и увек, у грубим детаљима.