Il ruolo degli anodi inerti nella decarbonizzazione dell'alluminio

Jun 07, 2023

Gli anodi inerti possono svolgere un ruolo chiave nell’eliminazione delle emissioni derivanti dalla produzione di alluminio primario.

Lingotti di alluminio Elysis, prodotti mediante un nuovo processo innovativo che utilizza anodi inerti

Mela

Dopo l’acciaio, l’alluminio è il secondo metallo più utilizzato al mondo. L’alluminio è incredibilmente leggero, può essere facilmente modellato, è altamente conduttivo di elettricità ed è resistente alla corrosione. Sebbene sia sinonimo di beni di prima necessità come lattine di soda e fogli di alluminio, non è solo per i beni di consumo: è anche fondamentale per la transizione verso un'economia basata sull'energia pulita come componente chiave delle infrastrutture di rete, degli impianti solari, dei componenti delle turbine eoliche e dei sistemi elettrici. veicoli. Allo stesso tempo, la produzione di alluminio contribuisce in modo significativo al cambiamento climatico. L’industria dell’alluminio è responsabile del 2% delle emissioni globali di gas serra (GHG) e la domanda del materiale sta crescendo in modo significativo. Senza intervento, un materiale necessario per l’azione per il clima rappresenterà anche un ostacolo significativo al progresso climatico.

Per risolvere questo enigma climatico, sarà fondamentale per il settore apportare due cambiamenti complementari: l’elettricità utilizzata per produrre l’alluminio deve essere decarbonizzata e le fonderie di alluminio devono utilizzare tecnologie avanzate per ridurre o eliminare le emissioni di processo. Mentre l’energia pulita può eliminare le emissioni della prima, le emissioni di processo sono più difficili da ridurre. Gli anodi inerti rappresentano una tecnologia promettente e ben posizionata per affrontare questa sfida. Senza investimenti nella ricerca, nello sviluppo e nell’implementazione di questa tecnologia d’avanguardia, stiamo lasciando sul tavolo soluzioni per la riduzione del carbonio in un settore che ne ha un disperato bisogno.

Per comprendere il ruolo che gli anodi inerti possono svolgere nella decarbonizzazione dell’alluminio, è importante capire come vengono generate le emissioni derivanti dalla produzione dell’alluminio. Quasi tutte le emissioni del settore (96%) provengono dalla trasformazione del minerale di alluminio (noto come bauxite) in allumina (principalmente dalla combustione di carburante in loco) e dalla successiva riduzione dell’allumina in alluminio tramite elettrolisi, un processo che fa molto affidamento sull’elettricità. Il solo processo di elettrolisi rappresenta quasi l’80% delle emissioni di gas serra del settore.

Il processo di elettrolisi è stato utilizzato dalla fine del 1800: gli anodi di carbonio vengono inseriti in una miscela di allumina e un sale fuso chiamato criolite e una corrente elettrica viene fatta passare attraverso gli anodi di carbonio nella miscela. Attraverso questo processo, l'ossigeno viene rimosso dall'allumina e ricombinato con un anodo di carbonio per creare anidride carbonica (CO2). Ciò lascia l'alluminio puro come prodotto finale.

Le emissioni di processo derivanti dall’elettrolisi sono difficili da eliminare perché questa espulsione di CO2 nella fase finale è parte integrante dell’estrazione dell’alluminio puro.

Oltre alle emissioni di CO2 derivanti dalla reazione chimica, l'anodo di carbonio può anche causare il rilascio di sostanze perfluorochimiche (PFC). I PFC vengono prodotti quando il fluoro proveniente da un sale utilizzato nell'elettrolisi si combina con il carbonio negli anodi. I PFC prodotti durante l’elettrolisi sono gas serra estremamente potenti, con un potenziale di riscaldamento globale rispettivamente di 6.500 e 9.200 volte la forza della CO2. Nel 2021, lo stabilimento di Sebree di Century Aluminium nel Kentucky ha emesso 24 tonnellate di PFC, equivalenti alle emissioni di 40.000 automobili. L’enorme potenza di questi gas si aggiunge alla necessità di mitigare le emissioni di processo derivanti dagli anodi di carbonio.

Gli anodi inerti hanno il potenziale per ridurre o eliminare le emissioni di processo derivanti dalla produzione di alluminio. Gli anodi inerti possono essere realizzati con una varietà di materiali e svolgono lo stesso ruolo dell'anodo di carbonio. La sostituzione degli anodi di carbonio con anodi inerti eliminerebbe le emissioni dirette di CO2 dalla fonderia di alluminio e comporterebbe invece l’emissione di ossigeno puro. Inoltre, gli anodi inerti eliminerebbero il processo che crea PFC durante la produzione di alluminio.

Gli anodi inerti possono ridurre l’inquinamento atmosferico locale. Oltre ai benefici climatici che offrono, gli anodi inerti rappresentano anche l’opportunità di ridurre l’inquinamento da anidride solforosa (SO2). Gli anodi di carbonio sono prodotti cuocendo coke e pece di catrame di carbone, che contengono entrambi zolfo. La SO2 viene prodotta durante la fusione quando l'ossigeno presente nell'aria reagisce con lo zolfo negli anodi di carbonio. Questa reazione non si verifica quando si utilizzano anodi inerti, eliminando le emissioni di SO2 dal processo di fusione.