Sustenabilitatea aluminiului reprezinta o prioritate absoluta pentru economia globala in contextul actual, axat pe protectie climatica. Metalul respectiv este utilizat in nenumarate procese si este responsabil pentru aproximativ 3% din emisiile globale, arata cele mai recente masuratori, mentionate intr-o analiza realizata de expertii de la ING. Avand in vedere faptul ca estimarile curente obiective indica o majorare vertiginoasa a cererii pentru metalul respectiv, devine esentiala decarbonizarea proceselor de productie, indiferent daca aceasta se realizeaza prin reciclare, utilizarea de energie regenerabila in fluxurile de fabricatie, folosirea de anozi inerti, arderea de hidrogen, aplicarea metodei de captare si stocare a carbonului (CSC) etc. In timp ce reciclarea reprezinta o abordare extrem de rentabila, alimentarea productiei de aluminiu cu energie electrica curata ofera o imagine mai mixta, in functie de sursele de generare si de amplasament. De asemenea, anozii inerti, hidrogenul si CSC constituie tehnologii emergente pentru o industrie a aluminiului mai ecologica, dar fiecare difera in ceea ce priveste perspectivele de aplicare, costurile, calendarul de implementare etc.

 

Productia de aluminiu poate fi impartita in trei faze principale: extragerea si filtrarea bauxitei, rafinarea acesteia pentru obtinerea de oxid de aluminiu, respectiv fabricarea aluminiului prin topirea acestuia din urma. Una dintre cele mai eficiente modalitati de a reduce emisiile din industria profil este reciclarea. Procesul consuma cu pana la 95% mai putina energie decat cel de producere directa, ceea ce determina o gestionare mai usoara a costurilor atunci cand sunt luate in considerare economiile de energie. Caracteristicile metalului ii permit sa fie reciclat in totalitate si de nenumarate ori, fara a-si compromite caracteristicile fizico-chimice. Din acest motiv, ambalajele din aluminiu sunt cele mai reciclate recipiente de pe Pamant, iar un procent 75% din intreaga cantitate de aluminiu produsa in istorie este utilizat si in prezent. Cu toate acestea, in pofida beneficiilor semnificative pentru mediu, doar aproximativ 34% din aluminiul produs in 2018 a provenit din materiale reciclate. Conform previziunilor Rocky Mountain Institute (RMI), aceasta cifra trebuie sa creasca la 54% pentru ca industria sa ajunga la emisii nete nule pana in 2050. In conditiile date, ponderea productiei de aluminiu din materiale primare (noi) ar scadea de la 67% la 46%. O observatie importanta este aceea a necesitatii acordarii unei atentii sporite reciclarii post-consum (colectarea produselor finite din aluminiu, prelucrarea acestora si reutilizarea lor ca elemente de intrare intr-un nou flux de fabricatie), in raport cu alternativa pre-consum (care se refera la reutilizarea materialelor ramase din productia de aluminiu). Expertii internationali au ajuns la concluzia ca, desi procesele au un scop similar, reciclarea post-consum este de dorit, deoarece aluminiul produs si-a incheiat deja un ciclu de exploatare si poate asigura reduceri ale emisiilor daca este utilizat din nou. Prin comparatie, aluminiul reciclat inainte de consum nu si-a "indeplinit scopul" si incorporeaza emisiile de carbon din procesul initial de productie. Desigur, reciclarea aluminiului din produse uzate inseamna ca procesatorii trebuie sa faca fata problemei impuritatilor. Problema nu este insa insurmontabila, iar solutiile sunt in curs de dezvoltare si imbunatatire. De asemenea, trebuie avut in vedere faptul ca beneficiile de mediu ale reducerii emisiilor si gestionarii deseurilor depasesc cu mult eforturile necesare pentru purificarea aluminiului uzat. Conform scenariului RMI (obiectivul "zero net pana in 2050"), ponderea reciclarii post-consum in productia de aluminiu va creste de la 20%, cat este in prezent, la 46% pana la mijlocul secolului in curs, iar cea a reciclarii pre-consum va scadea de la 14% la 9%. In prezent, odata cu concentrarea mai mare a intreprinderilor asupra circularitatii, tot mai multi producatori de aluminiu depun eforturi in directia respectiva. De exemplu, Hydro ofera deja un produs denumit Hydro Circal, care contine in structura sa o pondere de cel putin 75% de deseuri post-consum. Totodata, Alcoa dezvolta procesul de reciclare Astraea™ pentru a transforma deseurile de aluminiu post-consum de calitate scazuta in aluminiu de inalta puritate. 

 

Ecologizarea mixului de energie electrica pe care il utilizeaza un producator de aluminiu poate, de asemenea, sa-i schimbe in mod substantial profilul emisiilor. Fabricatia de aluminiu este un proces prin excelenta energofag, numai topirea necesitand curenti electrici cu o intensitate constanta de 400.000 A. In urma cu trei ani, jumatate din electricitatea utilizata in acest scop provenea din arderea carbunilor, ca urmare a faptului ca producatorul cel mai mare de pe plan global este China, unde aceasta metoda de productie a energiei electrice era la acel moment predominanta. Pentru a ajunge la emisii nete zero pana in 2050, aproximativ jumatate din energia electrica utilizata pentru alimentarea procesului de topire ar trebui sa provina din surse regenerabile, energie nucleara si hidroenergie, conform unei analize realizate de Mission Possible Partnership (MPP). Diferenta va fi necesar sa fie reprezentata de energie produsa prin arderea de combustibili fosili in unitati echipate cu tehnologii CSC. Reducerea emisiilor de tip Scope 2 generate de consumul de energie implica conectarea la o retea mai curata, dezvoltarea de energie curata autonoma care sa fie utilizata direct pentru productia de aluminiu sau achizitionarea de contracte de cumparare de energie regenerabila (PPA). Cea mai buna solutie depinde atat de strategia generala a unei companii, cat si de locul de productie. De exemplu, China si-a transferat deja o mare parte din operatiunile legate de aluminiu din zonele bogate in carbune in regiuni cu potential hidroenergetic. Multe companii se bazeaza, de asemenea, pe acorduri de cumparare a energiei electrice sau PPA-uri. Rio Tinto, de pilda, a semnat un PPA regenerabil pentru operatiunile sale de aluminiu din Australia, o zona in care carbunele reprezinta 45% din consumul de energie electrica al topitoriilor de aluminiu. Alcoa vinde aluminiu EcoLum, care este realizat intr-o pondere covarsitoare in topitorii hidroelectrice. Diminuarea emisiilor Scope 2 prin utilizarea de surse hidro- si regenerabile poate fi un mijloc rentabil de productie ecologica pentru actiunile care nu implica mutarea fabricilor sau construirea de unitati complet noi. Se preconizeaza ca energia nucleara va reprezenta mai mult de 20% din sursa de electricitate a topitoriilor pana la termenul-limita, aceasta alternativa avand un rol esential in decarbonizarea retelei si, in special, a activitatilor mari consumatoare de energie, pe termen lung. Noua tehnologie reprezentata de reactoarele modulare de mici dimensiuni (SMR), poate constitui o puternica sursa autonoma de energie electrica, capabila sa alimenteze una sau mai multe fabrici de aluminiu, fara a fi conectata la retea. Cu toate acestea, SMR-urile se afla inca in faza de cercetare si dezvoltare. Prin urmare, pe termen scurt si mediu, din cauza precautiei privind centralele nucleare traditionale si a stadiului incipient al tehnologiilor SMR, contributia nucleara la decarbonizarea retelei va fi limitata.

 

Deoarece topirea este responsabila de cea mai mare parte a emisiilor din productia de aluminiu, in prezent sunt dezvoltate tehnologii emergente pentru decarbonizarea acestui proces. Una dintre solutiile care castiga o popularitate crescanda este reprezentata de anozii inerti, care ii inlocuiesc pe cei de carbon. In mod traditional, oxidul de aluminiu trece printr-o topitorie dotata cu anozi de carbon, unde oxigenul este eliminat din oxidul de aluminiu in procesul de reducere. Din reactie rezulta aluminiu de inalta puritate si dioxid de carbon (CO2). Un anod inert nu contine carbon, fiind realizat din cermet (compozit din ceramica si metal), aliaje sau alte materiale adecvate. Folosind acest element, in rezultatul reactiei dioxidul de carbon este inlocuit de oxigen. Practic, anozii inerti au potentialul de a elimina aproape toate emisiile directe (nelegate de electricitate si incalzire) din procesul de topire, aducand beneficii uriase in ceea ce priveste protectia climatica. Tehnologia este in curs de dezvoltare, iar perspectivele par promitatoare. In 2019, Elysis - un joint venture intre Alcoa si Rio Tinto - a reusit sa produca aluminiu folosind anozi inerti si a inceput sa construiasca primele celule prototip la scara comerciala ale tehnologiei cu anozi inerti la o topitorie Rio Tinto din Quebec - Canada. Anozii inerti nu sunt inca disponibili pe piata, dar datorita proiectelor-pilot de succes, solutia are potentialul de a fi aplicata pe scara mai larga intr-un interval destul de scurt. Faptul ca anozii inerti se afla inca in faza de testare si dezvoltare face, de asemenea, dificila estimarea costurilor. Unele cercetari arata ca in cazul unei dezvoltarii de tip "greenfield", costurile ar fi probabil situate la media dintre cele presupuse de hidrogenul ecologic si cele CSC. Rapoarte recente sugereaza, totusi, ca modernizarea topitoriilor pentru a include anozi inerti este posibila, dar ar necesita costuri semnificative, ceea ce poate face tehnologia in cauza mai putin atractiva decat CSC.

 

Hidrogenul a fost explorat ca alternativa la gazele naturale pentru a fi ars in timpul proceselor industriale de incalzire pentru producerea otelului, a produselor petrochimice etc. O metoda similara este in curs de dezvoltare si in ceea ce priveste productia de aluminiu. Gazele naturale sau carbunele sunt de obicei folosite in timpul procesului de rafinare pentru a oferi un mediu incalzit de aproximativ 300°C pentru asimilarea bauxitei si de 950°C pentru calcinare. Cu hidrogenul utilizat ca alternativa, din ardere ar rezulta doar apa, in loc de CO2, o astfel de metoda avand potentialul de a reduce substantial emisiile indirecte asociate rafinarii. Cu toate acestea, costul ridicat impiedica o aplicare mai rapida a hidrogenului in industria aluminiului. In prezent atat hidrogenul verde (produs din electroliza apei folosind energie regenerabila), cat si cel albastru (produs din surse de combustibili fosili cu CSC) prezinta un pret net superior celui aferent hidrogenului gri (produs din combustibili fosili, fara reducere). Pentru varianta "albastra", adoptarea tehnologiilor CSC este costisitoare, iar in cazul celei "verzi", nu numai ca instalarea electrolizoarelor de apa este scumpa, ci disponibilitatea si costul energiei regenerabile care reprezinta, de asemenea, o provocare. In 2023, hidrogenul verde avea un cost mai ridicat decat cel al gazului natural pe toate meridianele globului, diferenta fiind considerabila in zonele cu preturi scazute ale gazelor naturale si/sau costuri ridicate ale energiei regenerabile si ale electrolizorului. Perspectivele se pot imbunatati semnificativ pe termen mediu si lung, cea mai scazuta cota posibila pentru hidrogenului verde putandu-se situa sub cel mai mic cost al hidrogenului gri pana in jurul anului 2030. Stimulentele politice, care sunt puse in aplicare de multe guverne, au rolul de a incuraja, de asemenea, competitivitatea costurilor. Pentru ca hidrogenul sa se dezvolte si mai rapid, infrastructura sa de transport - conducte, camioane adecvate, nave sau o combinatie a tuturor acestora - trebuie sa fie consolidata in mod semnificativ. In prezent, utilizarea sa pentru decarbonizarea productiei este mai rar intalnita in industria aluminiului decat in alte sectoare mari consumatoare de energie. Hydro a produs primul lot de aluminiu din lume in cadrul unui test cu hidrogen regenerabil in 2023 si, deoarece aluminiul a fost realizat cu deseuri post-consum, procesul de productie a fost practic lipsit complet de emisii de carbon. Se poate spera ca astfel de aplicatii vor deveni mai raspandite pe masura ce productia de hidrogen prin electroliza folosind energie regenerabila se maturizeaza.

 

In fine, CSC este o tehnologie emergenta care poate contribui la decarbonizarea industriei aluminiului. Ea are capacitatea de a reduce emisiile de carbon din doua parti ale productiei de aluminiu: CO2 generat de incalzirea si prelucrarea industriala, respectiv gazul rezultat in timpul procesului de topire, atunci cand oxidul de aluminiu reactioneaza cu anozii de carbon. Desi metodele CSC exista de mult timp si au atins viabilitatea comerciala, aplicarea lor in industria aluminiului este incipienta, confruntandu-se cu provocari specifice sectorului. In 2022, Aluminum Bahrain (Alba) si Mitsubishi Heavy Industries au semnat un memorandum pentru a evalua modul de utilizare a tehnologiilor CSC in vederea reducerii emisiilor de la uzinele Alba, insa de atunci nu a fost comunicat niciun rezultat concret. Mai recent, grupul de inginerie industriala Fives a infiintat un consortiu format din Aluminum Dunkerque, Trimet si Rio Tinto pentru a dezvolta solutii CSC. De asemenea, Hydro a anuntat ca intentioneaza sa exploreze tehnologia in productia de aluminiu si se asteapta sa dezvolte un proiect pilot la scara industriala pana in 2030. Cea mai mare provocare pentru adoptarea CSC in productia de aluminiu este reprezentata de costul ridicat al aplicarii tehnologiei la topitorie. Pentru orice industrie, implementarea necesita deja costuri initiale ridicate, care pot fi greu de recuperate fara stimulente politice sau alte surse de venit, cum ar fi vanzarea carbonului capturat. Pentru topirea aluminiului, in special, costurile de captare pot fi si mai mari. Un factor principal care determina marimea costului captarii este presiunea partiala de CO2 a unui flux de gaze de ardere la sursa punctuala de emisii, care este direct legata de concentratia de dioxid de carbon. Cu cat aceasta este mai mare, cu atat presiunea partiala este mai ridicara si cu atat costul captarii pe tona este mai mic. Topitoriile de aluminiu au una dintre cele mai scazute presiuni partiale ale carbonului din majoritatea sectoarelor industriale. Acest lucru face ca in sector costul sa fie de doua pana la patru ori mai mare decat cel asociat productiei de otel si de aproximativ 25 de ori mai mare decat valorile din domeniile prelucrarii gazelor naturale, productiei de ingrasaminte si de bioetanol. Anozii inerti constituie, astfel, o alternativa promitatoare, deoarece urmaresc obtinerea aceluiasi efect. Trebuie precizat ca aceasta valoare ridicata se aplica doar captarii CO2 din topitorii. Nivelul necesar pentru rafinare si incalzire in restul procesului de productie este mult mai scazut, comparabil cu aplicatiile din multe alte industrii. Acest lucru sugereaza ca CSC poate avea inca un potential bun in decarbonizarea productiei de aluminiu, dar nu si pentru partea de topire, cel putin pe termen scurt si mediu.