Sản xuất silicon xanh có thể sắp xảy ra

Sản xuất silicon xanh có thể sắp xảy ra

    Sản xuất silicon xanh có thể sắp xảy ra
    của Svein Inge Meland, Đại học Khoa học và Công nghệ Na Uy

    Green production of silicon is just around the corner


    Silicon hoàn thiện sử dụng quy trình SisAl. Ảnh: Đại học Khoa học và Công nghệ Na Uy
    Na Uy là nhà sản xuất nhôm và silicon lớn nhất châu Âu. Ngành công nghiệp kim loại là một trong những ngành xuất khẩu quan trọng nhất của quốc gia nhưng cũng thải ra 10% lượng khí thải CO2.

    Na Uy cần khẩn cấp cắt giảm mức phát thải trong các phương pháp sản xuất hiện tại để đạt được các mục tiêu khí hậu.

    ra với carbon
    NTNU đã lấy bằng sáng chế cho quy trình công nghiệp sẽ loại bỏ tất cả lượng khí thải trực tiếp CO2 và NOx. Quá trình này được đặt tên là SisAl.

    Thạch anh là nguyên liệu thô trong cả quá trình luyện kim truyền thống và sử dụng phương pháp SisAl. Với công nghệ ngày nay, CO2 được hình thành khi thạch anh phản ứng với cacbon. Thay vì carbon, quy trình SisAl sử dụng nhôm làm chất khử, do đó tránh được sự hình thành CO2.

    Maria Wallin, một nhà nghiên cứu vật liệu tại NTNU cho biết: "Về mặt công nghệ, chúng tôi tin rằng không có gì cản trở quá trình sản xuất silicon ở quy mô công nghiệp bằng phương pháp mới. Và nó tiết kiệm năng lượng".

    Quá trình SisAl tỏa nhiệt, nghĩa là phản ứng giữa thạch anh và nhôm giải phóng năng lượng. Phương pháp ngày nay là thu nhiệt và năng lượng cần được thêm vào để giảm thạch anh. SisAl chỉ sử dụng một phần ba mức tiêu thụ năng lượng trên một tấn silicon thành phẩm.

    Công nghệ truyền thống sử dụng 85% đến 92% thạch anh được đưa vào lò nung. SisAl sử dụng 97% đến 99% vì quá trình này cũng có thể sử dụng thạch anh ở dạng bột.

    Wallin và Giáo sư Gabriella Tranell đồng điều phối các dự án lớn của EU là SisAl Pilot và SisAl Slag, do NTNU đứng đầu. Hai mươi hai đối tác nghiên cứu và công nghiệp ở Châu Âu và Nam Phi đã phát triển quy trình dựa trên bằng sáng chế của NTNU.

    Hàng chục thử nghiệm thí điểm đã được thực hiện tại trung tâm thí điểm của Elkem tại Fiskaa ở Kristiansand và tại xưởng đúc Fundiciones Rey ở Tây Ban Nha.

    Trứng của Columbus
    Wallin cho biết phương pháp SisAl có một số ưu điểm khác.

    Ngoài việc loại bỏ tất cả lượng khí thải CO2 và NOx trực tiếp đồng thời tiết kiệm năng lượng, quy trình sản xuất silicon mới sẽ sử dụng xỉ (cặn) và phế liệu từ ngành công nghiệp nhôm.

    Quá trình SisAl có thể sử dụng xỉ làm chất khử trong sản xuất silic. Điều tương tự cũng áp dụng cho phế liệu nhôm mỏng, ví dụ từ bao bì thực phẩm.

    Wallin cho biết, quy trình SisAl cũng tạo ra xỉ, chẳng hạn như oxit canxi và oxit nhôm, nhưng đây là những chất mà ngành thép có nhu cầu.

    Quá trình nấu chảy mới cũng giúp sử dụng nguyên liệu thô tốt hơn, vì thạch anh mịn ("fines") có thể được sử dụng. Trong quy trình truyền thống, tiền phạt phải được loại bỏ.

    kinh tế tuần hoàn
    "Thách thức mà chúng tôi đang dành nhiều thời gian nhất hiện nay là tạo ra một mô hình kinh doanh tuần hoàn bao gồm các ngành công nghiệp kim loại. Chúng tôi nhận thấy những cơ hội tuyệt vời cho sự phối hợp có lợi cho cả môi trường và nền kinh tế", Wallin nói.

    "Chúng tôi đang tìm cách sử dụng nguyên liệu thô tốt hơn và tìm ra mức phát thải thấp nhất có thể, tiêu thụ ít năng lượng hơn, tái sử dụng tối đa và ít chất thải nhất có thể. Quy mô thuế mà chính quyền áp dụng đối với lượng khí thải CO2 tất nhiên cũng là một yếu tố trong tính toán ", Wallin nói.

    Bước tiếp theo
    Silicon được sản xuất bởi Elkem và Wacker ở Na Uy. Wallin tin rằng các nhà máy luyện silicon ngày nay có thể sử dụng công nghệ SisAl mà không cần đầu tư lớn như một sự bổ sung hoặc thay thế một phần cho sản xuất hiện tại.

    Một nhà máy thí điểm để sản xuất SisAl đang được xây dựng ở Nam Phi như một phần của dự án của EU. Wallin coi đây là một cột mốc quan trọng trước khi xây dựng một cơ sở ở quy mô công nghiệp.

    EU hướng tới tự cung tự cấp
    EU đã chỉ định silicon là một kim loại cực kỳ quan trọng. Silicon có đặc tính bán dẫn và là vật liệu quan trọng trong bảng mạch, pin mặt trời và tất cả các thiết bị điện tử.

    Silicon, trong hợp kim với nhôm, cũng là một phần của nhiều vật liệu chúng ta sử dụng hàng ngày. Ngày nay, Trung Quốc chiếm 2/3 sản lượng silicon trên thế giới.

    Sản lượng nhôm trên thế giới là 60 triệu tấn. Sản xuất silicon là 12 triệu tấn. Châu Âu sản xuất ít hơn một nửa nhu cầu của mình. EU mong muốn trở nên tự cung tự cấp hơn đối với các kim loại chủ chốt, vốn đã trở thành ưu tiên chính kể từ sau cuộc xâm lược Ukraine. Ủy ban châu Âu cũng tin rằng các ngành công nghiệp silicon, nhôm và hợp kim sắt có nguy cơ bị chuyển sang các nước có chi phí thấp do các yêu cầu về môi trường nghiêm ngặt hơn ở châu Âu.

    Nhôm phế liệu được xuất khẩu hàng năm từ châu Âu với khối lượng 600.000 tấn. EU đặt mục tiêu loại bỏ dần các hoạt động xuất khẩu này để tránh mất đi nguồn nguyên liệu thô có giá trị.

    Na Uy trong một vị trí mơ ước
    Nhờ thủy điện, sản xuất kim loại của Na Uy thuộc hàng sạch nhất thế giới. Iceland cùng hạng vì có năng lượng địa nhiệt và thủy điện.

    "Na Uy ở một vị trí độc nhất có thể sản xuất silicon và nhôm bằng phương pháp thậm chí còn thân thiện với môi trường hơn 

    hơn được thực hiện ngày hôm nay. Đối với silicon, tôi nghĩ chúng ta đang tiến gần đến sự thay đổi công nghệ. Rất nhiều điều cũng đang xảy ra trong ngành công nghiệp nhôm. Đồng thời, tiềm năng sản xuất sạch hơn và sử dụng tài nguyên tốt hơn thậm chí còn lớn hơn khi hai ngành công nghiệp quan trọng có thể hợp tác với nhau," Wallin nói.

    "Na Uy cũng có lợi thế về khoảng cách vận chuyển ngắn giữa các cơ sở của hai ngành. Chúng tôi tin rằng quy trình SisAl có thể thay thế hoàn toàn phương pháp hiện tại, nhưng có lẽ sẽ mất thời gian", bà nói.

    Một phiên bản của nghiên cứu đã được xuất bản trên máy chủ in trước Tạp chí điện tử SSRN.

    Zalo
    Hotline