Consumo de energia do alumínio eletrolítico: benchmarks e alavancas de redução

Por que o alumínio primário é um produto que consome muita energia

O alumínio é produzido dissolvendo alumina em um fundido de flúor e passando uma corrente contínua através dele, o que reduz o óxido a metal a cerca de 960 C. O processo precisa de cerca de 1,92 toneladas de alumina e 0,40-0,45 toneladas de ânodo de carbono por tonelada de metal, e consome eletricidade continuamente, uma vez que uma linha de panela não pode ser ciclada economicamente. Essa combinação de uma carga eletroquímica contínua e um grande equilíbrio térmico é a razão pela qual o alumínio primário é tratado como um dos consumidores de energia de referência na indústria pesada, comparável em escala por unidade de produção ao cimento e ao aço. A consequência para os compradores é que o preço do metal entregue e o seu carbono incorporado acompanham o custo e a combinação de combustíveis dessa eletricidade.

Benchmarks de energia e emissões por tonelada

Os números abaixo são valores operacionais típicos da indústria por tonelada de alumínio primário. Os resultados reais variam de acordo com a geração da tecnologia, a amperagem da célula, a qualidade da alumina e a idade da linha de cuba, e os limites de intensidade de energia para fins regulatórios são definidos em padrões como GB 21346 para consumo unitário de energia do produto e GB/T 1196 para o próprio metal.

Duas conclusões seguem imediatamente. As emissões indiretas da geração de energia são várias vezes maiores do que as emissões diretas do processo, portanto a fonte de eletricidade é mais importante do que qualquer otimização da linha de produção. E o ânodo é consumido como parte da química, não apenas como combustível, de modo que o consumo de carbono não pode ser reduzido abaixo do requisito estequiométrico sem alterar o próprio processo.

Para onde vai a eletricidade

Aproximadamente 40-45% do orçamento de tensão da célula é a energia teórica da reação, e o restante é gasto superando a resistência ôhmica nos ânodos, banho, revestimento catódico e barramentos, além de perdas de calor que devem ser mantidas para manter o banho fundido. A eficiência da corrente em linhas de cubas modernas é normalmente de 93 a 95%, portanto, uma pequena porcentagem da corrente é perdida em reações reversas entre o metal dissolvido e o banho. Alavancas práticas são, portanto, a redução da tensão da célula através de melhor alimentação de alumina e controle químico do banho, células maiores com menor perda de calor específica, projetos de ânodos e cátodos com fenda que melhoram a distribuição de corrente e um projeto de barramento aprimorado. Os sistemas de controle de processo que estabilizam a temperatura do banho e a concentração de alumina proporcionam parte da economia sem despesas de capital.

Power Mix e a Rota do Baixo Carbono

O perfil de emissões de uma fundição é essencialmente uma declaração sobre o seu fornecimento de eletricidade. As fundições que funcionam com geração de carvão cativo têm a maior pegada, enquanto aquelas abastecidas por geração hidrelétrica, eólica ou solar na mesma classe tecnológica podem reduzir as emissões totais em uma ordem de grandeza. Duas outras rotas são importantes. O alumínio secundário produzido a partir de sucata requer apenas uma pequena fração da energia primária, portanto o conteúdo reciclado é a redução mais rápida disponível no carbono incorporado de um produto entregue. A investigação sobre a tecnologia de ânodos inertes, que substituiria o ânodo de carbono por um material que emite oxigénio em vez de dióxido de carbono, visa eliminar totalmente as emissões diretas do processo, mas a implantação à escala industrial ainda não está disponível e a rota continua a ser objeto de programas-piloto.

O que isso significa para os compradores de alumínio

As decisões de compra carregam cada vez mais dados de carbono juntamente com dados mecânicos. As medidas práticas consistem em solicitar a pegada de carbono do produto do lote entregue, distinguir entre o conteúdo reciclado, que se refere ao material de entrada, e a pegada real do produto acabado, e verificar se a fundição está certificada para o método de contabilidade utilizado. Os métodos de quantificação para tais declarações seguem padrões reconhecidos, como a ISO 14064-1 e as diretrizes nacionais de contabilidade industrial de gases de efeito estufa, e os limites do escopo de um valor publicado devem sempre ser comparados antes que duas cotações sejam tratadas como equivalentes. Do lado técnico, especificar a liga mais leve e a têmpera que satisfaça o caso de carga, e projetar conjuntos de liga única recicláveis, é a maneira mais direta de um fabricante reduzir o teor de carbono de seus próprios produtos.

Perguntas frequentes

Q:Quanta eletricidade é necessária para uma tonelada de alumínio primário?
R: Normalmente 13.000-13.500 kWh de corrente alternada na linha de cuba, dos quais 12.500-13.000 kWh é a energia de corrente contínua necessária para a reação eletroquímica e o restante cobre perdas do retificador e auxiliares.

Q:Por que a pegada de carbono do alumínio primário é principalmente indireta?
R: Porque a eletricidade consumida é várias vezes maior do que a emissão direta do processo proveniente da oxidação do carbono anódico. Uma fundição a carvão gera uma pegada da ordem de 11 toneladas de CO2 equivalente por tonelada de metal, enquanto uma fundição comparável a energia hidroeléctrica é muito inferior.

Q:O alumínio reciclado realmente economiza energia?
R: Sim. A refusão de sucata utiliza cerca de 5% da energia necessária para produzir metal primário a partir do minério, razão pela qual o conteúdo reciclado é a alavanca mais eficaz disponível para reduzir o teor de carbono de um produto de alumínio.

Q:O consumo do ânodo pode ser reduzido?
R: Somente dentro dos limites. O carbono é consumido como reagente, portanto cerca de 0,40-0,45 toneladas por tonelada de metal são intrínsecas ao processo; as melhorias vêm da melhor qualidade do ânodo, da redução da queima de ar e da menor frequência do efeito anódico, em vez da redução da química.

Q:O que é eficiência atual e por que isso é importante?
R: É a parcela da corrente aplicada que realmente produz metal, normalmente 93-95%. Cada ponto percentual perdido é eletricidade consumida sem produção, razão pela qual a química do banho e o controle da alimentação de alumina são tratados como itens de custo direto.

Q:Como um comprador deve comparar as declarações de carbono de dois fornecedores?
R: Verificando o escopo, o padrão contábil utilizado, o mix de energia atribuído ao metal e se o valor abrange apenas a fundição ou toda a cadeia produtiva. Os números só são comparáveis ​​quando os limites e o modelo elétrico são os mesmos.