Vai trò của nhựa than nguyên chất trong công nghệ xanh? 

Bạn nghe thấy nhựa than đá và công nghệ xanh trong cùng một câu, hầu hết mọi người trong ngành đều chế giễu hoặc tỏ ra hoàn toàn bối rối. Tôi hiểu rồi. Trong nhiều thập kỷ, hắc ín than đá, chất kết dính, xương sống của quá trình sản xuất cacbon truyền thống, là một bí mật bẩn thỉu—điều ác cần thiết đối với cực dương và điện cực. Câu chuyện hoàn toàn xoay quanh việc loại bỏ các tiền chất dựa trên hóa thạch. Nhưng đây là điều chúng ta thường bỏ lỡ khi nhìn theo cách đơn giản đó: vai trò của Than nguyên chất không phải là bản thân nguyên liệu thô có màu xanh lá cây; đó là về tính hiệu quả, giảm thiểu chất thải và hiệu suất mà nó mang lại cho các công nghệ vốn rõ ràng là một phần của quá trình chuyển đổi xanh. Đó là một sắc thái bị bỏ sót trong cách nói PR.

Tiền thân bị hiểu lầm

Hãy rõ ràng. Chúng ta không nói về nhựa đường thô, đa thành phần. Từ khóa là Than nguyên chất, đặc biệt là hắc ín than đá tinh chế (CTP) với thành phần được kiểm soát. Sai lầm phổ biến là gộp tất cả các tiền chất carbon lại với nhau. Nhựa sinh học đầy hứa hẹn, nhưng độ đặc và giá trị luyện cốc của chúng? Vẫn là một canh bạc ở quy mô công nghiệp. Mỏ dầu mỏ có những vấn đề về nguồn cung và biến động riêng. CTP có độ tinh khiết cao cung cấp một điểm khởi đầu đáng tin cậy và được biết đến. Cấu trúc phân tử của nó, tính thơm đó, thực sự là một lợi ích cho việc tạo ra các mạng carbon có trật tự cần thiết trong cực dương than chì cho pin xe điện. Phần xanh bắt đầu khi bạn xem xét giải pháp thay thế: một quy trình kém hiệu quả hơn, đòi hỏi nhiều năng lượng hơn, nhiều phế phẩm hơn và cuối cùng là lượng khí thải carbon lớn hơn trên mỗi đơn vị hiệu suất.

Tôi nhớ một dự án cách đây khoảng 5 năm, cố gắng thay thế một phần CTP bằng chất kết dính có nguồn gốc sinh học mới cho các điện cực than chì. Kết quả phòng thí nghiệm thật đẹp. Việc mở rộng quy mô sang chạy thử tại cơ sở đối tác là một thảm họa. Chu trình nướng trở nên không thể đoán trước, mật độ của sản phẩm cuối cùng ở khắp mọi nơi và cuối cùng chúng tôi có tỷ lệ phế liệu là 40%. Năng lượng lãng phí khi nướng những phôi thép bị lỗi đó có thể đã làm mất đi bất kỳ lợi ích môi trường nào từ vật liệu sinh học trong nhiều năm. Đó là một bài học khó về hiệu quả của toàn hệ thống. Đôi khi, nguyên liệu thô xanh hơn sẽ dẫn đến một quy trình tổng thể bẩn hơn.

Đây là nơi các công ty có kinh nghiệm sâu rộng về khoa học vật liệu tham gia. Tôi đã xem xét các thông số kỹ thuật từ các nhà sản xuất lâu đời như Công ty TNHH Hà Bắc Yaofa Carbon, Ltd. (bạn có thể tìm thấy thông tin chi tiết của họ tại https://www.yaofatansu.com). Sự tập trung của họ vào Phụ gia carbon và các điện cực than chì phụ thuộc vào tính nhất quán của tiền chất. Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd., với tư cách là nhà sản xuất carbon lớn với hơn 20 năm hoạt động, hiểu rằng độ tinh khiết và ổn định của nguyên liệu nhựa than đá của họ trực tiếp chuyển thành hiệu suất trong sản phẩm cuối cùng—ít phồng hơn trong quá trình đồ họa hóa, độ dẫn điện tốt hơn, tuổi thọ dài hơn. Tuổi thọ của EAF sản xuất thép hoặc pin lithium-ion là lợi ích trực tiếp về tính bền vững.

Sự phụ thuộc tiềm ẩn của Green Tech

Hãy nhìn vào hai động lực lớn nhất của công nghệ xanh: điện khí hóa phương tiện giao thông và lưu trữ năng lượng tái tạo. Cả hai đều dựa nhiều vào vật liệu carbon tiên tiến. Thị trường cực dương than chì đang bùng nổ. Nhưng than chì tổng hợp đó đến từ đâu? Một lộ trình chính là thông qua quá trình đồ họa hóa than cốc hình kim, loại than cốc này được sản xuất từ… bạn đoán xem, đã tinh chế Than TAR hoặc dòng dầu mỏ. Việc thúc đẩy công suất cao hơn, sạc nhanh hơn—nó gây áp lực rất lớn lên cấu trúc vi mô của cực dương. Than cốc có nguồn gốc từ cao độ tinh khiết hơn, ổn định hơn có thể tạo ra ít khuyết tật hơn, động học xen kẽ lithium-ion tốt hơn. Đó là một tài liệu hỗ trợ chứ không phải là hành động tiêu đề.

Sau đó, có mặt kém hấp dẫn hơn: dẫn điện Phụ gia carbon. Những thứ như muội than cho cực âm Li-ion hoặc chất dẫn điện cho siêu tụ điện. Một số loại có hiệu suất cao nhất có nguồn gốc từ quá trình xử lý nhựa đường chuyên dụng. Chúng cải thiện độ dẫn điện ở mức tải tối thiểu, nghĩa là bạn sử dụng ít vật liệu hoạt động hơn, tăng mật độ năng lượng. Một lần nữa, nó là hệ số nhân cho hiệu quả của thiết bị xanh. Tôi đã thấy các nhà sản xuất pin bị ám ảnh bởi nguồn lithium nhưng lại coi phụ gia carbon như một loại hàng hóa. Sai lầm lớn. Sự thay đổi 2% trong cấu trúc của chất phụ gia có thể làm giảm tuổi thọ của vòng đời.

Chúng tôi cũng thử nghiệm sử dụng nhựa đường tái chế từ các ngành công nghiệp khác. Ý tưởng là nền kinh tế tuần hoàn vàng. Thực tế là một cơn ác mộng về quá trình lọc và tinh chế để loại bỏ các chất ô nhiễm kim loại có thể gây độc cho pin. Chi phí để đạt được thông số kỹ thuật thuần túy cao hơn so với việc bắt đầu từ nguyên liệu nguyên chất, được kiểm soát. Đó là một viên thuốc khó nuốt, nhưng không phải mọi con đường tái chế đều khả thi về mặt kỹ thuật hoặc kinh tế ngay lập tức. Ưu tiên hàng đầu phải là hiệu suất và độ tin cậy của công nghệ xanh cuối cùng.

Những rào cản thực tế trong chuỗi cung ứng

Nói về Than nguyên chất không chỉ là vấn đề hóa học; đó là một câu đố về hậu cần và tìm nguồn cung ứng. Nguồn cung đang thắt chặt. Với sự suy giảm của hoạt động luyện cốc truyền thống ở một số khu vực, việc đảm bảo nguồn nhựa đường chất lượng cao ổn định là một mối quan tâm thực sự. Sự biến động này chắc chắn thúc đẩy sự đổi mới, nhưng nó cũng có nguy cơ làm suy giảm chất lượng. Tôi đã có những lô hàng có hàm lượng quinoline không hòa tan (QI) không đạt tiêu chuẩn kỹ thuật và nó đã làm hỏng toàn bộ quá trình ngâm tẩm đối với một loạt điện cực UHP. Số ngày sản xuất bị mất.

Đây là lý do tại sao việc tích hợp theo chiều dọc hoặc mối quan hệ nhà cung cấp rất chặt chẽ lại quan trọng. Một nhà sản xuất kiểm soát hoặc hiểu sâu sắc nguyên liệu của mình từ giai đoạn lò luyện cốc sẽ có lợi thế rất lớn. Họ có thể thực hiện kiểm tra chất lượng sớm hơn, điều chỉnh các thông số tinh chỉnh và đảm bảo rằng Than nguyên chất đầu ra thực sự phù hợp với mục đích. Đó không phải là thứ bạn có thể mua được trên thị trường giao ngay nếu bạn đang hướng tới sản phẩm cao cấp. điện cực than chì hoặc cao cấp Phụ gia carbon thị trường. Trang web của Hebei Yaofa Carbon đề cập đến hơn 20 năm kinh nghiệm sản xuất. Trong bối cảnh này, trải nghiệm đó có thể có nghĩa là họ đã vượt qua nhiều cuộc khủng hoảng nguồn cung và đã ổn định được các đường ống tiền thân, đây là một điều không thể thương lượng để có được nguồn cung cấp nguyên liệu công nghệ xanh đáng tin cậy.

Một vấn đề đau đầu khác là khí thải nướng. VOC từ hắc ín trong quá trình cacbon hóa là một thách thức môi trường chính đáng. Vai trò xanh ở đây chuyển từ chính nhựa đường sang công nghệ chứa và xử lý những khí thải đó. Hệ thống thu hồi và đốt khói tiên tiến, biến nhiệt thải đó trở lại thành năng lượng xử lý—đó chính là nơi tập trung vào môi trường hiện nay đối với các quy trình dựa trên nhựa đường. Đó là một sự phát triển tốn kém nhưng quan trọng.

Tương lai: Cây cầu, Không phải đích đến

Vì vậy, là Than nguyên chất tương lai của vật liệu công nghệ xanh? Không, và tôi không biết ai trong bộ phận R&D nghĩ như vậy. Đó là một cây cầu quan trọng. Vai trò của nó là cung cấp các vật liệu carbon hiệu suất cao, đáng tin cậy cần thiết để mở rộng quy mô các công nghệ như xe điện và lưu trữ lưới điện ngày nay, trong khi thế hệ tiền chất hoàn toàn bền vững tiếp theo (cacbon tái chế, dựa trên sinh học, v.v.) được phát triển và quan trọng là đã được chứng minh ở quy mô hàng triệu tấn.

Cuộc nghiên cứu rất mãnh liệt. Nhựa hắc ín có nguồn gốc từ lignin, từ nhựa phế thải thông qua quá trình nhiệt phân. Nhưng mỗi lần tôi nhìn vào bảng dữ liệu, các câu hỏi đều giống nhau: Bạn có thể sản xuất 10.000 tấn với cùng thông số kỹ thuật mỗi tháng không? Chi phí mỗi tấn so với mức tăng hiệu suất là bao nhiêu? Liệu nó giới thiệu các tạp chất mới? Chúng tôi chưa ở đó. Việc từ bỏ hệ thống hiện tại trước khi hệ thống mới sẵn sàng sẽ cản trở quá trình chuyển đổi xanh.

Vì vậy, chiến lược xanh thực tế nhất hiện nay là tối đa hóa hiệu quả ở mỗi bước của quy trình hiện tại. Than TAR-chuỗi sản phẩm carbon. Điều đó có nghĩa là đầu tư vào quá trình tinh chế để có được nguyên liệu tinh khiết nhất, tối ưu hóa lò nướng và lò than chì hóa để tiết kiệm năng lượng cũng như đẩy tuổi thọ của sản phẩm đến giới hạn. Điện cực UHP có tuổi thọ cao hơn 20% trong lò hồ quang giúp tiết kiệm lượng lớn năng lượng và nguyên liệu thô trên mỗi tấn thép được sản xuất. Đó là một tác động xanh hữu hình, được tạo ra bởi một loại vật liệu mà chúng ta thường nhanh chóng coi thường.

Kết thúc không cúi chào

Không có kết luận rõ ràng ở đây. Nó lộn xộn. Vai trò này bề ngoài có vẻ mâu thuẫn nhưng lại hợp lý trong chiến hào. Than nguyên chất, vật liệu công nghiệp truyền thống này, hiện là yếu tố hỗ trợ không thể thiếu cho chính những công nghệ nhằm mục đích thay thế các hệ thống công nghiệp truyền thống. Giá trị môi trường của nó là gián tiếp và mang tính hệ thống—được tìm thấy ở hiệu quả và hiệu suất mà nó mang lại cho ứng dụng cuối cùng. Bỏ qua sắc thái này, thúc đẩy sự thay thế sớm chỉ dựa vào quang học, có thể gây hại nhiều hơn là có lợi cho tốc độ đổi mới. Cần tập trung vào tìm nguồn cung ứng có trách nhiệm, tối ưu hóa quy trình không ngừng và xử lý những vật liệu carbon này không phải là hàng hóa mà là các thành phần được thiết kế chính xác trong tương lai công nghệ xanh của chúng ta. Công việc, như mọi khi, nằm ở những chi tiết gai góc.