'기적의 금속' 정화: 알루미늄을 탈탄소화하는 방법

재활용 및 탈탄소화 기술이 발전하지 않으면 알루미늄 부문의 배출량은 2050년까지 거의 20억 미터톤에 달할 수 있습니다.

작성자: 라몬 아라티아(Ramon Arratia), 낸시 길리스(Nancy Gillis)

2023년 2월 3일

알루미늄 부품. 이미지 제공: Shutterstock/Rocharibeiro

[이 글은 First Movers Coalition 회원들의 시리즈 중 일부입니다. 여기에서 이 이니셔티브에 대한 더 많은 이야기를 읽을 수 있습니다.]

알루미늄은 "기적의 금속"으로 묘사되어 왔습니다. 알루미늄은 지각에서 가장 풍부한 금속이지만 정제 과정의 복잡성으로 인해 19세기에 알루미늄은 은이나 금보다 더 귀중해졌습니다. 나폴레옹 3세는 알루미늄 접시에 음식을 담아 가장 귀한 손님에게 대접할 정도로 그것을 매우 소중히 여겼습니다. 경량의 다용성, 군용 등급의 ​​강도, 부식 방지 및 무한한 재활용 가능성으로 인해 오늘날에도 여전히 고가치 소재로 남아 있습니다.

그렇다면 마음에 들지 않는 것은 무엇입니까? 보크사이트 광석을 순수한 금속으로 바꾸는 에너지 집약적인 일련의 공정은 생산된 1차 알루미늄 1미터톤당 평균 16미터톤의 CO2를 배출합니다. 이 부문 전체는 매년 약 11억 미터톤의 CO2를 생성하며 이는 전 세계 인공 배출량의 2%를 차지합니다. 이러한 배출량의 60% 이상이 제련 과정에서 소비되는 전기 생산에서 발생합니다.

더욱이 운송, 건설, 포장, 전기 부문 등의 산업이 주도하는 기적의 금속에 대한 수요는 2030년까지 거의 40% 증가할 것으로 예상됩니다. 이 성장의 3분의 2는 중국과 아시아에서 발생할 것으로 예상됩니다. 중국의 제련 공정은 석탄 화력 발전소에 크게 의존하고 있기 때문입니다. 재활용과 탈탄소화의 발전이 없다면, 이 부문의 배출량은 2050년까지 거의 20억 미터톤에 달할 수 있습니다.

소수의 신기술은 알루미늄을 정화할 수 있는 잠재력을 갖고 있지만 가장 야심찬 기술만이 세계경제포럼(World Economic Forum)의 FMC(First Movers Coalition)라는 어려운 목표를 달성할 수 있습니다. 방출 산업. FMC 회원들은 2030년까지 매년 조달하는 1차 알루미늄의 최소 10%를 거의 제로에 가까운 배출 공정을 통해 생산하겠다는 목표를 약속했습니다. "0에 가까운" 정의는 매우 어렵습니다. 즉, 1차 알루미늄 1미터톤당 CO2 배출량이 3미터톤 미만이라는 것입니다. 이는 현재 배출량이 85% 이상 크게 감소한 것을 의미합니다.

이러한 심층적인 탈탄소화를 달성하는 방법을 이해하려면 알루미늄 제조 공정을 빠르게 둘러볼 필요가 있습니다. 보크사이트는 원료입니다. 땅에서 채굴하여 약 섭씨 1,000도까지 가열하는 다단계 공정을 통해 산화알루미늄 또는 "알루미나"로 정제됩니다. 이러한 열을 얻기 위해 많은 정유소에서는 화석 연료를 현장에서 연소하는데, 그 과정에서 많은 양의 CO2가 배출됩니다. 제련으로 알려진 두 번째 공정은 전기 분해를 통해 알루미나를 순수한 알루미늄 금속으로 바꾸는 것인데, 이 과정에서 많은 양의 CO2를 배출하는 탄소 양극과 많은 전기가 사용됩니다.

좋은 소식은 수력이나 태양광과 같은 기존 형태의 재생 가능 에너지가 배출가스 없는 알루미늄을 향한 길의 약 2/3를 가져다 줄 것이라는 것입니다. 우리는 보크사이트 광석을 알루미나로 정제하는 데 필요한 새로운 전기식 보일러와 소성로와 전기 집약적인 제련 공정에 청정 에너지를 사용할 수 있습니다. 그러나 이는 단기적으로는 비용이 많이 들 수 있습니다. 이는 재생 가능 전력에 접근할 수 있는 위치로 발전소를 이전하고 새로운 장비를 설치하기 위해 정유소를 개조하는 것을 의미합니다.

기존 알루미늄 공장에서 구현할 수 있는 일부 새로운 신기술은 배출 제로 알루미늄을 향한 격차를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 제련 공정은 탄소 양극을 CO2 대신 산소를 방출하는 불활성 양극으로 교체함으로써 완전히 탈탄소화될 수 있습니다. "기계적 증기 재압축"으로 알려진 공정을 통해 정제에 필요한 열 에너지를 방출하지 않고 재활용할 수 있습니다. 그리고 나머지 배출량에 대해서는 CCUS(탄소 포집, 사용 및 저장)와 같은 기술을 사용하여 정제 및 제련 공정에서 발생하는 배출량을 모두 차단합니다. 이러한 획기적인 기술 중 몇 가지를 함께 사용하면 전체 알루미늄 생산 공정을 1차 알루미늄 1미터톤당 CO2 배출량 3미터톤 미만으로 줄일 수 있습니다.