Ang papel ng purong coal tar sa green tech? 

Naririnig mo ang coal tar at green tech sa parehong pangungusap, karamihan sa mga tao sa industriya ay nangungutya o mukhang nalilito. Naiintindihan ko. Sa loob ng mga dekada, ang coal tar pitch, ang binder, ang backbone ng tradisyonal na paggawa ng carbon, ay naging maruming sikreto—ang kinakailangang kasamaan para sa mga anod at electrodes. Ang salaysay ay tungkol sa paglayo sa mga nauna sa fossil. Ngunit narito ang bagay na madalas nating makaligtaan sa simpleng pananaw na iyon: ang papel ng purong alkitran ng karbon ay hindi tungkol sa hilaw na materyal mismo na berde; ito ay tungkol sa kahusayan, pagbabawas ng basura, at pagganap na binibigyang-daan nito sa ibaba ng agos sa mga teknolohiya na malinaw na bahagi ng berdeng paglipat. Ito ay isang nuance na nawawala sa PR-speak.

Ang Hindi Naiintindihan na Precursor

Magkalinawan tayo. Hindi namin pinag-uusapan ang krudo, multi-component tar. Ang keyword ay purong alkitran ng karbon, partikular na pinong coal tar pitch (CTP) na may kinokontrol na komposisyon. Ang karaniwang pagkakamali ay pagsasama-sama ng lahat ng carbon precursors. Ang mga bio-pitches ay may pag-asa, ngunit ang kanilang pagkakapare-pareho at halaga ng coking? Sugal pa rin sa pang-industriyang sukat. Ang pitch ng petrolyo ay may sariling pagkasumpungin at mga isyu sa supply. Ang isang high-purity na CTP ay nag-aalok ng isang kilala, maaasahang panimulang punto. Ang molecular structure nito, ang aromaticity, ay talagang isang benepisyo para sa paglikha ng ordered carbon lattices na kailangan sa, sabihin nating, ang graphite anodes para sa mga electric vehicle na baterya. Magsisimula ang berdeng bahagi kapag isinasaalang-alang mo ang alternatibo: isang hindi gaanong mahusay na proseso na nangangailangan ng mas maraming enerhiya, mas maraming pagtanggi, at sa huli, isang mas malaking carbon footprint sa bawat yunit ng pagganap.

Naaalala ko ang isang proyekto mga limang taon na ang nakalilipas, sinusubukang palitan ang isang bahagi ng CTP ng isang nobelang bio-derived binder para sa mga graphite electrodes. Ang mga resulta ng lab ay maganda. Ang pag-scale hanggang sa isang trial run sa isang partner facility ay isang kalamidad. Naging unpredictable ang baking cycle, ang densidad ng huling produkto ay nasa lahat ng dako, at nauwi kami sa 40% scrap rate. Ang enerhiyang nasayang sa pagbe-bake ng mga maling billet na iyon ay malamang na nagpawalang-bisa sa anumang benepisyo sa kapaligiran mula sa bio-materyal sa loob ng maraming taon. Isa itong mahirap na aral sa kahusayan sa buong sistema. Minsan, ang mas berdeng hilaw na materyal ay humahantong sa isang mas maruming proseso sa pangkalahatan.

Dito pumapasok ang mga kumpanyang may malalim na materyal na karanasan sa agham. Sinuri ko ang mga specs mula sa mga matagal nang producer tulad ng Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd. (Maaari mong mahanap ang kanilang mga detalye sa https://www.yaofatansu.com). Ang focus nila sa Carbon Additives at ang mga graphite electrodes ay nakasalalay sa pare-pareho ng precursor. Ang Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd., bilang isang malaking tagagawa ng carbon na may higit sa 20 taon sa laro, ay nauunawaan na ang kadalisayan at katatagan ng kanilang coal tar pitch feedstock ay direktang nagsasalin sa pagganap sa huling produkto—mas kaunting puffing sa panahon ng graphitization, mas mahusay na conductivity, mas mahabang buhay. Ang mahabang buhay sa isang steelmaking EAF o isang lithium-ion na baterya ay isang direktang sustainability gain.

Ang Nakatagong Dependency ng Green Tech

Tingnan ang dalawang pinakamalaking driver ng green tech: electrification of transport at renewable energy storage. Parehong nakasandal nang husto sa mga advanced na materyales sa carbon. Ang graphite anode market ay sumasabog. Ngunit saan nagmula ang sintetikong grapayt na iyon? Ang isang pangunahing ruta ay sa pamamagitan ng graphitization ng needle coke, na kung saan mismo ay ginawa mula sa ... nahulaan mo ito, pino Tar ng karbon o batis ng petrolyo. Ang pagtulak para sa mas mataas na kapasidad, mas mabilis na pagsingil-naglalagay ito ng napakalaking presyon sa microstructure ng anode. Ang isang mas dalisay, mas pare-parehong pitch-derived na coke ay maaaring mag-alok ng mas kaunting mga depekto, mas mahusay na lithium-ion intercalation kinetics. Ito ay isang materyal na nagbibigay-daan, hindi ang ulo ng ad.

Pagkatapos ay mayroong hindi gaanong kaakit-akit na bahagi: conductive Carbon Additives. Mga bagay tulad ng carbon black para sa Li-ion cathodes o conductive agent para sa supercapacitors. Ang ilan sa mga may pinakamataas na pagganap ay nagmula sa dalubhasang pagproseso ng tar. Pinapabuti nila ang conductivity sa kaunting loading, na nangangahulugang gumagamit ka ng hindi gaanong aktibong materyal, pinatataas ang density ng enerhiya. Muli, isa itong force multiplier para sa kahusayan ng berdeng device. Nakita ko ang mga tagagawa ng cell ng baterya na nahuhumaling sa pinagmulan ng lithium ngunit itinuturing ang carbon additive bilang isang kalakal. Malaking pagkakamali. Ang isang 2% na pagkakaiba-iba sa istraktura ng additive ay maaaring tangke ang buhay ng ikot.

Nag-eksperimento rin kami sa paggamit ng mga recycled tar stream mula sa ibang mga industriya. Ang ideya ay circular economy gold. Ang katotohanan ay isang bangungot ng pagsasala at paglilinis upang alisin ang mga metal na contaminant na lason sa isang cell ng baterya. Ang halaga ng pagkuha nito sa purong spec ay mas mataas kaysa sa simula sa isang birhen, kinokontrol na feedstock. Ito ay isang matigas na tableta na lunukin, ngunit hindi lahat ng daanan ng pag-recycle ay agad na magagamit sa teknikal o ekonomikong paraan. Dapat ang priyoridad ay ang pagganap at pagiging maaasahan ng end green na teknolohiya.

Ang Mga Praktikal na Hurdles sa Supply Chain

Pinag -uusapan purong alkitran ng karbon ay hindi lamang isang problema sa kimika; ito ay isang logistics at sourcing puzzle. Ang suplay ay humihigpit. Sa pagbaba ng tradisyonal na mga operasyon ng coking sa ilang mga rehiyon, ang pag-secure ng tuluy-tuloy na daloy ng mataas na kalidad na tar ay isang tunay na alalahanin. Ang pagkasumpungin na ito ay nagtutulak ng pagbabago, sigurado, ngunit nagdudulot din ito ng panganib sa pagbabanto ng kalidad. Nagkaroon ako ng mga pagpapadala kung saan ang nilalaman ng quinoline-insoluble (QI) ay off-spec, at itinapon nito ang buong proseso ng impregnation para sa isang batch ng UHP electrodes. Nawala ang mga araw ng oras ng produksyon.

Ito ang dahilan kung bakit mahalaga ang patayong pagsasama o napakahigpit na relasyon sa supplier. Ang isang tagagawa na kumokontrol o malalim na nauunawaan ang feedstock nito mula sa yugto ng coke oven ay may malaking kalamangan. Maaari silang magpatupad ng mga pagsusuri sa kalidad nang mas maaga, ayusin ang mga parameter ng pagpino, at tiyakin iyon purong alkitran ng karbon ang output ay talagang akma para sa layunin. Ito ay hindi isang bagay na mabibili mo lang sa isang spot market kung target mo ang high-end Graphite Electrodes o premium Carbon Additives palengke. Ang website para sa Hebei Yaofa Carbon ay nagbanggit ng higit sa 20 taon ng karanasan sa produksyon. Sa kontekstong ito, malamang na ang karanasang iyon ay nangangahulugan na nag-navigate na sila ng maraming supply crunches at na-stabilize ang kanilang mga precursor pipeline, na isang hindi mapag-usapan para sa maaasahang green tech na supply ng materyal.

Ang isa pang sakit ng ulo ay ang baking emissions. Ang mga VOC mula sa pitch sa panahon ng carbonization ay isang lehitimong hamon sa kapaligiran. Ang berdeng papel dito ay nagbabago mula sa tar mismo patungo sa teknolohiyang naglalaman at tinatrato ang mga emisyong iyon. Mga advanced na fume capture at combustion system, na ginagawang enerhiya ng proseso ang basurang iyon—na kung saan wastong namamalagi ang kasalukuyang pokus sa kapaligiran para sa mga prosesong nakabatay sa tar. Isa itong capex-intensive ngunit kritikal na ebolusyon.

Kinabukasan: Tulay, Hindi Patutunguhan

Kaya, ay purong alkitran ng karbon ang kinabukasan ng mga green tech na materyales? Hindi, at wala akong kakilala sa R&D na nag-iisip na ito nga. Isa itong kritikal na tulay. Ang tungkulin nito ay magbigay ng maaasahan, mataas na pagganap na carbon na materyales na kailangan para mapalaki ang mga teknolohiya tulad ng mga EV at grid storage ngayon, habang ang susunod na henerasyon ng mga ganap na napapanatiling precursors (bio-based, recycled carbon, atbp.) ay binuo at, mahalaga, napatunayan sa milyon-toneladang sukat.

Matindi ang pananaliksik. Pitch na nagmula sa lignin, mula sa mga basurang plastik sa pamamagitan ng pyrolysis. Ngunit sa tuwing titingnan ko ang mga sheet ng data, ang mga tanong ay pareho: Maaari ka bang gumawa ng 10,000 tonelada nito na may parehong specs bawat buwan? Ano ang gastos sa bawat tonelada kumpara sa pagtaas ng performance? Nagpakilala ba ito ng mga bagong dumi? Wala pa kami. Ang pag-abandona sa kasalukuyang sistema bago maging handa ang bago ay magpapatigil sa berdeng paglipat mismo.

Samakatuwid, ang pinaka-prakmatikong berdeng diskarte sa ngayon ay ang pag-maximize ng kahusayan sa bawat hakbang ng umiiral na Tar ng karbon-sa-carbon na kadena ng produkto. Nangangahulugan iyon ng pamumuhunan sa pagpino upang makuha ang pinakadalisay na feedstock, pag-optimize ng mga baking at graphitization furnace para sa kahusayan sa enerhiya, at pagtulak sa mga lifespan ng produkto sa kanilang limitasyon. Ang isang UHP electrode na tumatagal ng 20% ​​na mas matagal sa isang arc furnace ay nakakatipid ng napakalaking halaga ng enerhiya at hilaw na materyal sa bawat tonelada ng bakal na ginawa. Iyan ay isang nasasalat na berdeng epekto, na pinagana ng isang materyal na madalas naming masyadong mabilis na kontrabida.

Pagtatapos ng Walang Bow

Walang maayos na konklusyon dito. Ito ay magulo. Ang papel ay salungat sa ibabaw ngunit lohikal sa trenches. Purong alkitran ng karbon, ang legacy na pang-industriyang materyal na ito, ay kasalukuyang isang kailangang-kailangan na enabler para sa mismong mga teknolohiya na naglalayong palitan ang mga legacy na pang-industriyang sistema. Ang halaga nito sa kapaligiran ay hindi direkta at sistematiko—matatagpuan sa kahusayan at pagganap na ibinibigay nito sa panghuling aplikasyon. Ang pagwawalang-bahala sa nuance na ito, na nagtutulak para sa napaaga na pagpapalit nito batay sa optika lamang, ay maaaring makagawa ng higit na pinsala kaysa sa mabuti sa bilis ng pagbabago. Ang focus ay dapat sa responsableng pag-sourcing, walang humpay na pag-optimize ng proseso, at pagtrato sa mga carbon material na ito hindi bilang mga commodity, ngunit bilang precision-engineered na mga bahagi ng ating green tech na hinaharap. Ang gawain, gaya ng nakasanayan, ay nasa mga magaspang na detalye.