استهلاك الطاقة للألمنيوم التحليل الكهربائي: المعايير وأذرع التخفيض

لماذا يعتبر الألومنيوم الأولي منتجًا كثيف الاستخدام للطاقة

يتم إنتاج الألومنيوم عن طريق إذابة الألومينا في مصهور الفلورايد وتمرير تيار مباشر من خلاله، مما يؤدي إلى اختزال الأكسيد إلى المعدن عند حوالي 960 درجة مئوية. وتحتاج العملية إلى ما يقرب من 1.92 طن من الألومينا و0.40-0.45 طن من أنود الكربون لكل طن من المعدن، وتستهلك الكهرباء بشكل مستمر، حيث لا يمكن تدوير خط الإنتاج اقتصاديًا. هذا المزيج من الحمل الكهروكيميائي المستمر والتوازن الحراري الكبير هو السبب وراء معاملة الألومنيوم الأولي كأحد مستهلكي الطاقة القياسيين في الصناعات الثقيلة، ويمكن مقارنته من حيث الحجم لكل وحدة إنتاج مع الأسمنت والصلب. والنتيجة بالنسبة للمشترين هي أن سعر المعدن الذي تم تسليمه والكربون المدمج فيه يتتبع التكلفة ومزيج الوقود لتلك الكهرباء.

معايير الطاقة والانبعاثات لكل طن

الأرقام أدناه هي القيم التشغيلية الصناعية النموذجية لكل طن من الألومنيوم الأولي. تختلف النتائج الفعلية باختلاف توليد التكنولوجيا، وأمبير الخلية، وجودة الألومينا وعمر خط الإنتاج، ويتم تحديد حدود كثافة الطاقة للأغراض التنظيمية في معايير مثل GB 21346 لوحدة استهلاك طاقة المنتج وGB/T 1196 للمعدن نفسه.

هناك استنتاجان يتبعان على الفور. إن الانبعاثات غير المباشرة الناتجة عن توليد الطاقة أكبر بعدة مرات من انبعاثات العملية المباشرة، وبالتالي فإن مصدر الكهرباء مهم أكثر من أي تحسين لخط الإنتاج. ويتم استهلاك الأنود كجزء من الكيمياء، وليس فقط كوقود، لذلك لا يمكن تقليل استهلاك الكربون إلى أقل من متطلبات القياس الكيميائي دون تغيير العملية نفسها.

أين تذهب الكهرباء

ما يقرب من 40-45٪ من ميزانية جهد الخلية هي الطاقة النظرية للتفاعل، ويتم إنفاق الباقي للتغلب على المقاومة الأومية في الأنودات والحمام وبطانة الكاثود وقضبان التوصيل، بالإضافة إلى فقدان الحرارة الذي يجب الحفاظ عليه للحفاظ على الحمام المنصهر. تبلغ كفاءة التيار في خطوط الإنتاج الحديثة عادةً 93-95%، لذلك يتم فقدان نسبة قليلة من التيار بسبب التفاعلات العكسية بين المعدن المذاب والحمام. وبالتالي فإن الروافع العملية هي تقليل جهد الخلية من خلال تحسين تغذية الألومينا والتحكم في كيمياء الحمام، والخلايا الأكبر حجمًا مع فقدان حرارة محدد أقل، والأنودات ذات الشقوق وتصميمات الكاثود التي تعمل على تحسين توزيع التيار، وتحسين تصميم قضبان التوصيل. توفر أنظمة التحكم في العمليات التي تعمل على تثبيت درجة حرارة الحمام وتركيز الألومينا جزءًا من التوفير دون إنفاق رأسمالي.

مزيج الطاقة والطريق منخفض الكربون

إن ملف انبعاثات المصهر هو في الأساس بيان حول إمدادات الكهرباء الخاصة به. تحمل المصاهر التي تعمل بتوليد الفحم الأسير أعلى البصمة، في حين أن المصاهر التي يتم توفيرها عن طريق توليد الطاقة الكهرومائية أو طاقة الرياح أو الطاقة الشمسية في نفس فئة التكنولوجيا يمكن أن تخفض إجمالي الانبعاثات بمقدار أمر من حيث الحجم. هناك طريقان آخران مهمان. يتطلب الألومنيوم الثانوي الذي يتم إنتاجه من الخردة جزءًا صغيرًا فقط من الطاقة الأولية، لذا فإن المحتوى المعاد تدويره هو أسرع تخفيض متاح في الكربون المدمج في المنتج الذي يتم تسليمه. تهدف الأبحاث حول تكنولوجيا الأنود الخامل، والتي من شأنها أن تحل محل أنود الكربون بمادة تنبعث منها الأكسجين بدلاً من ثاني أكسيد الكربون، إلى إزالة انبعاثات العملية المباشرة بالكامل، ولكن النشر على نطاق صناعي ليس متاحًا بعد ويظل المسار موضوعًا لبرامج تجريبية.

ماذا يعني هذا بالنسبة لمشتري الألمنيوم

تحمل قرارات الشراء بشكل متزايد بيانات الكربون إلى جانب البيانات الميكانيكية. وتتمثل الخطوات العملية في طلب البصمة الكربونية للمنتج من الدفعة المسلمة، والتمييز بين المحتوى المعاد تدويره، والذي يشير إلى مادة المدخلات، والبصمة الفعلية للمنتج النهائي، والتحقق مما إذا كان المصهر معتمدًا لطريقة المحاسبة المستخدمة. تتبع طرق القياس الكمي لمثل هذه الإعلانات المعايير المعترف بها مثل ISO 14064-1 والإرشادات الوطنية لحساب غازات الدفيئة الصناعية، ويجب دائمًا مقارنة حدود نطاق الرقم المنشور قبل التعامل مع عرضي أسعار على أنهما متكافئان. على الجانب الفني، فإن تحديد أخف السبائك والمزاج الذي يرضي حالة التحميل، والتصميم لمجموعات من سبيكة واحدة قابلة لإعادة التدوير، هو الطريقة الأكثر مباشرة للشركة المصنعة لتقليل محتوى الكربون في منتجاتها الخاصة.

الأسئلة المتداولة

Q:ما هي كمية الكهرباء التي يحتاجها طن واحد من الألومنيوم الأولي؟
ج: عادةً ما يتراوح بين 13,000 إلى 13,500 كيلووات في الساعة من التيار المتردد عند خط الإنتاج، منها 12,500 إلى 13,000 كيلووات في الساعة هي طاقة التيار المباشر اللازمة للتفاعل الكهروكيميائي، ويغطي الباقي خسائر المقوم والخسارة المساعدة.

Q:لماذا تكون البصمة الكربونية للألمنيوم الأولي غير مباشرة في الغالب؟
ج: لأن الكهرباء المستهلكة أكبر بعدة مرات من انبعاث العملية المباشرة من أكسدة الكربون الأنودي. ويولد المصهر الذي يستخدم الفحم بصمة في حدود 11 طنًا من مكافئ ثاني أكسيد الكربون لكل طن من المعدن، في حين أن المصهر المماثل الذي يستخدم الطاقة الكهرومائية يكون أقل بكثير.

Q:هل الألمنيوم المعاد تدويره يوفر الطاقة حقًا؟
ج: نعم. تستخدم إعادة صهر الخردة ما يقرب من 5% من الطاقة اللازمة لإنتاج المعدن الأولي من الخام، وهذا هو السبب في أن المحتوى المعاد تدويره هو الوسيلة الأكثر فعالية المتاحة لخفض محتوى الكربون في منتج الألومنيوم.

Q:هل يمكن تقليل استهلاك الأنود؟
ج: في حدود فقط. يتم استهلاك الكربون كمادة متفاعلة، لذا فإن حوالي 0.40-0.45 طن لكل طن من المعدن يعد جزءًا جوهريًا من العملية؛ تأتي التحسينات من تحسين جودة الأنود وتقليل حرق الهواء وتقليل تردد تأثير الأنود بدلاً من قطع الكيمياء.

Q:ما هي الكفاءة الحالية ولماذا يهم؟
ج: إن حصة التيار المطبق هي التي تنتج المعدن فعليًا، وعادةً ما تكون 93-95%. كل نقطة مئوية مفقودة هي كهرباء مستهلكة بدون إنتاج، ولهذا السبب يتم التعامل مع كيمياء الحمام والتحكم في تغذية الألومينا كبنود تكلفة مباشرة.

Q:كيف ينبغي للمشتري مقارنة إقرارات الكربون من اثنين من الموردين؟
ج: من خلال التحقق من النطاق والمعيار المحاسبي المستخدم ومزيج الطاقة المنسوب للمعدن وما إذا كان الرقم يغطي المصهر فقط أو سلسلة الإنتاج بأكملها. لا يمكن مقارنة الأرقام إلا عندما تكون الحدود ونموذج الكهرباء متماثلين.