アルミニウムの脱炭素化における不活性陽極の役割

Jun 07, 2023

不活性陽極は、一次アルミニウム生産からの排出を排除する上で重要な役割を果たすことができます。

不活性陽極を使用する革新的な新しいプロセスによって製造されたエリシスアルミニウムのインゴット

りんご

アルミニウムは、鉄に次いで世界で 2 番目に多く使用されている金属です。 アルミニウムは驚くほど軽量で、容易に成形でき、電気伝導性が高く、耐食性にも優れています。 ソーダ缶やホイルラップなどの日常必需品の代名詞ですが、消費財だけではありません。グリッドインフラ、太陽光発電設備、風力タービンコンポーネント、電気設備の主要コンポーネントとして、クリーンエネルギー経済への移行にとっても重要です。車両。 同時に、アルミニウムの生産は気候変動に大きく寄与しています。 アルミニウム産業は世界の温室効果ガス (GHG) 排出量の 2% を占めており、この材料の需要は大幅に増加しています。 介入がなければ、気候変動対策に必要な物質も、気候変動の進展に対する大きな障壁となるでしょう。

この気候に関する難題を解決するには、この分野が 2 つの相補的な変化を起こすことが重要です。それは、アルミニウムの製造に使用される電力を脱炭素化する必要があること、もう 1 つはアルミニウム精錬所が先進技術を導入してプロセス排出量を削減または排除することです。 クリーン電力は前者からの排出を排除できますが、プロセス排出は削減がより困難です。 不活性アノードは、この課題にうまく対処できる有望な技術です。 この最先端技術の研究、開発、導入への投資がなければ、炭素削減ソリューションを切実に必要としている分野で炭素削減ソリューションを棚上げしたままになることになります。

不活性アノードがアルミニウムの脱炭素化において果たせる役割を理解するには、アルミニウムの製造からの排出がどのように発生するかを理解することが重要です。 この部門のほぼすべての排出量（96％）は、まずアルミニウム鉱石（ボーキサイトとして知られる）をアルミナに変え（主に現場で燃料を燃やすことによって）、次にそのアルミナを電気分解によってアルミニウムに還元することによって発生するが、このプロセスは電気に大きく依存している。 電気分解プロセスだけで、この部門の GHG 排出量のほぼ 80% を占めます。

電気分解プロセスは 1800 年代後半から使用されてきました。カーボン陽極がアルミナと氷晶石と呼ばれる溶融塩の混合物に挿入され、電流がカーボン陽極を通って混合物に流されます。 このプロセスを通じて、アルミナから酸素が除去され、炭素陽極と再結合して二酸化炭素 (CO2) が生成されます。 これにより、最終製品として純粋なアルミニウムが残ります。

最終ステップでの CO2 の排出は純粋なアルミニウムの抽出に不可欠であるため、電気分解によるプロセス排出物を排除することは困難です。

化学反応による CO2 の排出に加えて、炭素アノードは過フッ素化合物 (PFC) の放出も引き起こす可能性があります。 PFC は、電気分解で使用される塩からのフッ素がアノード内の炭素と結合するときに生成されます。 電気分解中に生成される PFC は非常に強力な温室効果ガスであり、地球温暖化係数はそれぞれ CO2 の 6,500 倍と 9,200 倍です。 2021年、ケンタッキー州にあるセンチュリー・アルミニウムのセブリー工場からは、自動車4万台の排出量に相当する24トンのPFCが排出された。 これらのガスの強力な効力により、炭素アノードから生じるプロセス排出を軽減する必要性が高まります。

不活性アノードには、アルミニウム生産からのプロセス排出を削減または排除する可能性があります。不活性アノードはさまざまな材料から作成でき、炭素アノードと同じ役割を果たします。 炭素陽極を不活性陽極に置き換えると、アルミニウム精錬所からの直接の CO2 排出がなくなり、代わりに純粋な酸素が排出されます。 さらに、不活性アノードにより、アルミニウムの製造中に PFC を生成するプロセスが不要になります。

不活性アノードは局所的な大気汚染を軽減する可能性があります。不活性アノードは、気候変動への利点に加えて、二酸化硫黄 (SO2) 汚染を減らす機会も提供します。 炭素陽極は、硫黄を含むコークスとコールタールピッチを焼成して製造されます。 SO2 は、製錬中に空気中の酸素が炭素陽極の硫黄と反応して生成されます。 不活性陽極を使用すると、この反応は起こらず、製錬プロセスからの SO2 排出が除去されます。