Purificare il "metallo miracoloso": come decarbonizzare l'alluminio

Senza progressi nel riciclaggio e nella decarbonizzazione, le emissioni del settore dell’alluminio potrebbero precipitare verso quasi 2 miliardi di tonnellate entro il 2050.

Di Ramon Arratia e Nancy Gillis

3 febbraio 2023

Componenti in alluminio. Immagine tramite Shutterstock/Rocharibeiro

[Questo articolo fa parte di una serie di membri della First Movers Coalition. Puoi leggere altre storie sull'iniziativa qui.]

L'alluminio è stato descritto come un "metallo miracoloso". Sebbene sia il metallo più abbondante nella crosta terrestre, le complessità legate alla sua raffinazione hanno reso l'alluminio più prezioso dell'argento o dell'oro durante il XIX secolo. Napoleone III lo apprezzava a tal punto che serviva i cibi ai suoi ospiti più illustri su piatti di alluminio. Ancora oggi rimane un materiale di alto valore, apprezzato per la sua leggerezza, versatilità, robustezza di livello militare, resistenza alla corrosione e perché è infinitamente riciclabile.

Allora, cosa c'è che non va? Ebbene, la serie di processi ad alta intensità energetica che trasformano il minerale grezzo di bauxite in un metallo puro emettono in media 16 tonnellate di CO2 per ogni tonnellata di alluminio primario prodotto. Il settore nel suo insieme genera circa 1,1 miliardi di tonnellate di CO2 ogni anno, pari al 2% delle emissioni globali provocate dall’uomo. Oltre il 60% di queste emissioni deriva dalla produzione dell’elettricità consumata durante il processo di fusione.

Inoltre, si prevede che la domanda del metallo miracoloso, trainata da settori quali i trasporti, l’edilizia, gli imballaggi e il settore elettrico, aumenterà di quasi il 40% entro il 2030. Due terzi di questa crescita dovrebbero provenire dalla Cina e dall’Asia, un dato preoccupante. dato che il processo di fusione cinese dipende fortemente dalle centrali elettriche alimentate a carbone. Senza progressi nel riciclaggio e nella decarbonizzazione, le emissioni del settore potrebbero precipitare verso quasi 2 miliardi di tonnellate entro il 2050.

Alcune nuove tecnologie hanno il potenziale per ripulire l’alluminio, ma solo le più ambiziose soddisfano il difficile obiettivo della First Movers Coalition (FMC) del World Economic Forum, un’iniziativa globale per sfruttare il potere d’acquisto delle aziende per decarbonizzare i paesi più pesanti del pianeta. industrie emittenti. I membri della FMC si sono impegnati a raggiungere l’obiettivo che almeno il 10% dell’alluminio primario che acquistano ogni anno entro il 2030 sarà prodotto tramite processi a emissioni prossime allo zero. La definizione di “vicino allo zero” è la parte difficile: emettere meno di tre tonnellate di CO2 per tonnellata di alluminio primario. Ciò rappresenta un’enorme riduzione delle emissioni attuali pari o superiore all’85%.

Per capire come raggiungere una decarbonizzazione così profonda, abbiamo bisogno di un rapido tour del processo di produzione dell’alluminio. La bauxite è la materia prima: viene estratta dal terreno e raffinata in ossido di alluminio, o "allumina", attraverso un processo multifase che include il riscaldamento a circa 1.000 gradi Celsius. Per raggiungere questo calore, molte raffinerie bruciano combustibili fossili in loco, che emettono grandi quantità di CO2 nel processo. Il secondo processo, noto come fusione, trasforma l’allumina in alluminio puro attraverso l’elettrolisi, che utilizza molta elettricità e anodi di carbonio che emettono anche grandi quantità di CO2.

La buona notizia è che le forme esistenti di energia rinnovabile – come quella idroelettrica o solare – ci porteranno a circa due terzi del percorso verso l’alluminio a zero emissioni. Possiamo usare energia pulita per le nuove caldaie e calcinatori elettrificati coinvolti nella raffinazione del minerale di bauxite in allumina – e anche per il processo di fusione ad alta intensità di elettricità. Ma questo può essere costoso nel breve termine. Ciò significa spostare gli impianti in luoghi con accesso all’energia rinnovabile e adeguare le raffinerie per installare le nuove apparecchiature.

Alcune nuove tecnologie emergenti – che possono essere implementate negli impianti di alluminio esistenti – possono aiutare a ridurre il divario verso l’alluminio a emissioni zero. Il processo di fusione può essere completamente decarbonizzato sostituendo gli anodi di carbonio con anodi inerti che emettono ossigeno invece di CO2. Un processo noto come "ricompressione meccanica del vapore" consente di riciclare anziché rilasciare l'energia termica necessaria alla raffinazione. E per le restanti emissioni, esistono tecnologie come la cattura, l’uso e lo stoccaggio del carbonio (CCUS) per intercettare le emissioni provenienti sia dai processi di raffinazione che da quelli di fusione. Quando alcune di queste tecnologie rivoluzionarie vengono utilizzate insieme, è possibile portare l’intero processo di produzione dell’alluminio al di sotto della soglia delle 3 tonnellate di CO2 per tonnellata di alluminio primario.