التخفيف من انبعاثات صناعة الألمنيوم.. إدارة الكربون الصناعي قد تقلل التكاليف

أكد تقرير جديد أصدره مركز الأبحاث المشترك التابع للمفوضية الأوروبية، أن إدارة الكربون الصناعي تشكل مجموعة من التقنيات الواعدة للتخفيف من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، وخاصة في الصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة مثل صناعة الألمنيوم، وسوف تكون هناك حاجة إلى بعض التعديلات لتكييف العملية مع القطاع المحدد.

الألومنيوم مادة أساسية في تصنيع العديد من المنتجات، من السيارات إلى مكونات الرعاية الصحية والطائرات، ولإنتاجه بشكل أكثر مسؤولية، من الضروري إيجاد طرق لإزالة الكربون من عملية الإنتاج. وسوف نحتاج إلى الاستفادة من مجموعة كاملة من التقنيات منخفضة الكربون.

إزالة الكربون من قطاع الألمنيوم أمر صعب في الغالب لأن إنتاج الألومينا، المكون الرئيسي للألمنيوم، يتطلب الكثير من الطاقة (أصدرت صناعة الألمنيوم الأولية 2.75 مليون طن متري من ثاني أكسيد الكربون في عام 2022 في الاتحاد الأوروبي، وهو ما يعادل 9.4 مليون سيارة ركاب مسجلة حديثًا في الاتحاد الأوروبي في عام 2022 تقود كل منها مسافة 2705 كيلومترات).

ومن ثم، فإن خفض انبعاثاتها أمر ضروري لكي تساهم الصناعة في تحقيق أهداف الاتحاد الأوروبي لإزالة الكربون بحلول عامي 2030 و2050.

يقوم تقرير مركز الأبحاث المشترك بتقييم أربعة خيارات لإزالة الكربون (الأنودات الخاملة، والهيدروجين، والكهرباء، وإدارة المواد الداخلة في التفاعل)، ويخلص إلى أن إدارة المواد الداخلة في التفاعل هي من بين التقنيات المتاحة ذات الإمكانات الأكبر للتخفيف من الانبعاثات في هذا القطاع.

ما هو ICM؟

تقنية احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه (ICM) هي مجموعة من التقنيات التي تحتجز ثاني أكسيد الكربون من العمليات الصناعية أو محطات إنتاج الطاقة وتنقله وتخزنه بأمان تحت الأرض ، ويمكن أيضًا استخدام ثاني أكسيد الكربون كمدخل لإنشاء منتجات أخرى، مثل المواد الكيميائية والمواد، وأخيرًا، يمكن إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، حيث يتضمن التخزين الدائم ثاني أكسيد الكربون الحيوي أو الجوي .

في الولايات المتحدة، استُخدمت تقنية ICM في الغالب في صناعة النفط والغاز كوسيلة للحصول على تيار ثاني أكسيد الكربون لتعزيز عملية استخراج النفط، ،EOR – وهي عملية يتم فيها ضخ ثاني أكسيد الكربون في حقل نفط من أجل تعزيز عملية استخراج النفط، ومع ذلك، كان هناك تركيز متزايد على تطبيق تقنية ICM كأداة للتخفيف من آثار تغير المناخ لإدارة وتخزين انبعاثات الكربون لدعم إزالة الكربون من الصناعات الثقيلة، مثل صناعة الألمنيوم.

في قطاع الألومنيوم، يمكن أن تكون ICM واحدة من حلول إزالة الكربون الممكنة، وخاصة بالنسبة للمرافق التي: لديها إمكانية الوصول إلى الوقود الأحفوري الفعال من حيث التكلفة، وتفتقر إلى الوصول إلى مصادر الطاقة المتجددة بأسعار معقولة، ولا تزال تعمل، ولديها آفاق طويلة للإغلاق، وتتوفر لديها البنية التحتية لنقل وتخزين ثاني أكسيد الكربون.

تطبيق ICM في قطاع الألومنيوم

يمكن استخدام تقنية ICM في إنتاج الألومنيوم الأولي أولاً في عملية تنقية الألومينا القائمة على الوقود الأحفوري، تليها عملية الصهر، حيث تنبع الانبعاثات من استهلاك أنود الكربون. حتى الآن، تستخدم التكنولوجيا الأكثر تقدمًا مذيبًا لامتصاص انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من غازات المداخن (غاز العادم الناتج عن الاحتراق في محطات الطاقة).

ومن الممكن بعد ذلك نقل ثاني أكسيد الكربون الملتقط عبر خطوط الأنابيب والسفن والقطارات والشاحنات.

ورغم أن هذه الممارسة راسخة في قطاع النفط والغاز، وخاصة في الولايات المتحدة، فإن صناعة الألمنيوم في السياق الأوروبي سوف تضطر إلى توحيد جهودها مع صناعات أخرى تنبعث منها كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون، ذلك أن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من صناعة الألمنيوم في الاتحاد الأوروبي أقل بنحو 30 و100 مرة من تلك التي تنبعث من صناعة الأسمنت والصلب على التوالي.

وأخيرا، يتم حقن ثاني أكسيد الكربون المنقول في أعماق الأرض في طبقات صخرية مسامية، عادة في تكوينات ملحية عميقة أو خزانات نفط وغاز مستنفدة، مع طبقة غير منفذة لمنع التسرب، وهذه طريقة مجربة ومختبرة، سواء في صناعة النفط والغاز ولكن أيضا في مشاريع التقاط الكربون وتخزينه في سليبنر وسنوهفيت في النرويج والتي تعمل منذ ما يقرب من 30 عاما.

الحواجز الرئيسية

أحد العوائق الرئيسية أمام التنفيذ الواسع النطاق لتقنيات التحكم في الانبعاثات المتكاملة هو الاستثمار الأولي المرتفع المطلوب، فضلاً عن تكاليف التشغيل المرتفعة.

ومن الممكن تقليص هذه التكاليف أو تعويضها إذا تم دمج الكربون الملتقط في سلسلة قيمة تولد إيرادات أو من خلال آليات مثل نظام تداول الانبعاثات في الاتحاد الأوروبي، الذي يحدد سعر ثاني أكسيد الكربون .

وتختلف تكلفة التقاط الكربون بشكل كبير تبعاً لتركيز ثاني أكسيد الكربون عند مصدر الانبعاث والتكنولوجيا المستخدمة لالتقاطه. ويمكن أن تتراوح التكلفة من حوالي 15 يورو للطن المتري من ثاني أكسيد الكربون للانبعاثات عالية التركيز إلى أكثر من 100 يورو للطن المتري للمصادر منخفضة التركيز.

في مصاهر الألمنيوم، حيث تركيز ثاني أكسيد الكربون منخفض نسبيا (حوالي 1%-1.5%)، تكون تكلفة احتجاز الكربون مرتفعة. ولخفض هذه التكلفة، قد تحتاج المصاهر إلى تنفيذ تدابير مثل إعادة تصميم الأواني الكهروليتية لمنع انبعاثات الكربون وضغط غاز المداخن قبل الاحتجاز، على الرغم من أن هذا يتطلب أيضا استثمارات.

وفي مصافي الألومينا، يكون تركيز ثاني أكسيد الكربون في غاز المداخن أعلى، وبالتالي فإن تنفيذ احتجاز الكربون سيكون من حيث المبدأ أكثر ملاءمة اقتصاديا.

تقنيات إزالة الكربون البديلة

يمكن أن تحل الأنودات الخاملة محل الأنودات الكربونية، مما يلغي الحاجة إلى استخدام الكربون كمختزل، وبالتالي القضاء عمليًا على جميع الانبعاثات الناتجة عن عملية الصهر وفي نفس الوقت زيادة كفاءة المصاهر بنسبة 25%، ولهذا السبب تعتبر هذه الأنودات من العوامل المحتملة لتغيير قواعد اللعبة في إنتاج الألومنيوم.

يمكن أيضًا استخدام الهيدروجين للتعويض عن الانبعاثات الناتجة عن حرق الوقود في العمليات ذات درجات الحرارة العالية.

ومع ذلك، لكي يكون خيارًا فعالًا لإزالة الكربون، فيجب إنتاجه من مصادر الطاقة المتجددة.

كهربة التطبيقات ذات درجات الحرارة المنخفضة والمتوسطة أمر قابل للتطبيق أيضًا، ولكن فعاليتها من حيث التكلفة تعتمد على تكاليف الكهرباء والكربون.