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15/08/2022

二氧化碳零排放铝生产创新项目

该研究项目是与铝制造商 TRIMET 合作的项目,旨在建立一种可消除碳需求的全新生产方法。新生产方法不会产生对环境有害的二氧化碳,只会产生氧气,从而大大减少碳足迹。

铝板材

铝具有轻质、耐腐蚀且稳定的特殊性能,因而得以成为一种常见的多功能材料。不论是用于电动汽车的蓄电池箱、厨房设备、窗户和幕墙还是食品包装,这种备受欢迎的轻质金属已成为我们现代日常生活中不可或缺的一部分。这推高了全球范围对铝的需求。仅 2021 年就生产了 6700 多万吨铝,并且铝需求持续攀升。然而,缺点也随之而来:铝的生产非常耗能。冶炼过程中,不仅能源需求高(主要由燃煤发电厂供应),而且二氧化碳排放量也在增加。这是因为生产过程本身会燃烧碳并以二氧化碳的形式排出。从而导致全球每年产生大约 1 亿吨二氧化碳当量。

德国铝制造商 TRIMET 现已设定大幅减少与此类工艺相关的碳排放量的目标。但如何实现呢?

我们的应对之道是,在电解冶炼工艺(称为 Hall-Héroult 工艺)中进行铝生产。在电解过程中,利用碳电极将氧化铝还原为铝金属。针对碳电极会在电解过程中燃烧并以二氧化碳的形式排出这一情况,TRIMET 与冰岛科技企业 Arctus 共同研发了一种创新工艺,在该工艺中,电解槽内的惰性阴极材料将替代碳电极。其主要优点是无需使用碳电极,因而会释放氧气而不会排放二氧化碳。这也是我们首次实现在不直接产生二氧化碳排放的情况下制造轻质金属,同时为可持续生产作出重大贡献。

我们的研究项目旨在将这项技术创新应用于商业领域,从实验室规模的小型工业电池研发到批量生产,逐一实现。除 TRIMET 和 Arctus 的专家外,萨尔大学及 Plansee 的专家也参与其中。我们以面向挑战性新材料应用的创新解决方案著称,以开发替代碳电极的理想材料是为自身使命。

莱希布鲁克 Plansee Composite Materials
正在进行该项目的研究的莱希布鲁克 Plansee 工厂

二硼化钛 (TiB2) 这种材料具有极高的硬度和优异的抗氧化性,非常适合此用途。与许多其他材料相比,它同样不会与铝发生反应。多年来,Plansee 一直在莱希布鲁克工厂生产用于工具硬质涂层的二硼化钛 (TiB2) 溅射靶。这种材料现在需要进行调整以适应新应用。尤其是需要对与铝电解质有关的腐蚀特性以及会在空气中暴露于高温环境的电极上部区域的抗氧化性进行优化。此外,Plansee 依托现有技术知识,现正开发一种连接二硼化钛 (TiB2) 阴极与电气铜的技术,用以供电。

Peter Polcik
莱希布鲁克 Plansee,Peter Polcik 博士

“我们的研究团队正以极大的热情投入到该项目中。作为创新合作伙伴,我们的目标是保障经优化的二硼化钛 (TiB2) 阴极供应,以制造用于铝生产的电解槽,从而为减少 TRIMET 的二氧化碳排放量作出重大贡献,”莱希布鲁克 Plansee Composite Materials 产品开发经理 Peter Polcik 说。

该项目将于 2022 年春季启动,由德国北威州经济、创新、数字化和能源部发起的 Progres.NRW – Innovation 计划提供资助。该资助计划支持开展与气候及能源政策相关的活动,旨在建立以应用为导向的科技基础以应对未来能源领域的挑战。 

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