Los gases efecto invernadero más dañinos del mundo

Los gases efecto invernadero más dañinos del mundo

Por qué los productores chinos de aluminio emiten gran parte de algunos de los gases de efecto invernadero más dañinos del mundo

Más de la mitad del aluminio en el mundo se produce en China, pero es responsable del 81 por ciento de las emisiones de PFC de la industria. La automatización simple podría contribuir en gran medida a reducirlos.

Rejilla; Agencia de Noticias Xinhua/Getty Images

Históricamente, la industria mundial del aluminio redujo las emisiones de uno de los gases de efecto invernadero más potentes utilizando un método sorprendentemente simple, un palo. De pie sobre una enorme olla burbujeante de aluminio fundido, los trabajadores hundían un largo poste de madera en la olla para detener una reacción química que interrumpía la producción de aluminio y liberaba las poderosas emisiones.

Stephen Andersen, director de investigación del Instituto para la Gobernanza y el Desarrollo Sostenible (IGSD), una organización ambiental con sede en Washington, DC, recordó su reacción cuando vio por primera vez el proceso en una fundición estadounidense a principios de la década de 2000.

"No parecía una empresa sofisticada que gestionara un proceso químico", dijo Andersen. "Era casi como brujería".

Tal vez, como era de esperar, el método del palo no fue el más efectivo. En la década de 1990, las empresas occidentales estaban utilizando un sistema automático para detener el "efecto ánodo", la reacción química responsable de las emisiones.

El ánodo es un electrodo en el que se produce una reacción de oxidación, mediante la cual un material, al perder electrones, incrementa su estado de oxidación.

Pero mucho después de que la mayoría de los productores de aluminio hubieran dejado atrás el "palo" y automatizado sus operaciones, un país crítico se estaba quedando atrás, China, donde ahora se produce más de la mitad del aluminio del mundo.

Una investigación encontró que incluso cuando China ha hecho nuevos compromisos audaces para abordar el cambio climático, los gigantes de aluminio del país continúan utilizando el método anticuado del palo, permitiendo que las potentes emisiones se deslicen a la atmósfera.

Esta decisión de seguir con el palo, por así decirlo, puede parecer un detalle técnico para los ingenieros de planta, pero tiene consecuencias significativas para el mundo.

Esto se debe a que las emisiones en cuestión, llamadas perfluorocarbonos o PFC, son algunos de los gases de efecto invernadero más dañinos del planeta.

Son parte de un grupo de gases conocidos como "los inmortales", ya que, una vez que suben a la atmósfera, permanecen allí, calentando el planeta durante decenas de miles de años.

Evaluar el problema de las emisiones "inmortales" de China

La industria del aluminio de China es uno de los grandes contaminadores climáticos del mundo. Un informe de 2021 de Ember, un grupo de expertos en energía con sede en Londres, concluyó que las emisiones colectivas de la producción de aluminio en China, incluida la producción de energía, superaron todas las emisiones de gases de efecto invernadero de 2020 de Indonesia, el 8º mayor emisor del mundo.

Y aunque las emisiones de PFC son una pequeña fracción de todas las emisiones de gases de efecto invernadero vinculadas a la producción de aluminio, la potencia y la longevidad de los PFC las hacen particularmente preocupantes.

Según el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático de la ONU, el tetrafluorometano (CF4), el PFC primario liberado en la producción de aluminio, es 7.380 veces peor para el cambio climático que el dióxido de carbono libra por libra. Y a diferencia del CO2, que permanece en la atmósfera durante aproximadamente 3001.000 años, CF4 permanece en la atmósfera, calentando el planeta, durante 50.000 años.

Por qué se les llama "Los Inmortales"

Los perfluorocarbonos (PFC) hexafluoroetano y tetrafluorometano pertenecen a un grupo de contaminantes que son algunos de los gases de efecto invernadero más potentes y de mayor vida jamás valorado por el Panel Intergubernamental de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático y son conocidos como "los inmortales" por su larga vida atmosférica. Los PFC son subproductos no deseados de la producción de aluminio primario o fundido.

El potencial de calentamiento global (es decir, el impacto climático) durante un período de 100 años en comparación con el CO2.

Por qué se les llama "Los Inmortales"

Los perfluorocarbonos (PFC) hexafluoroetano y tetrafluorometano pertenecen a un grupo de contaminantes que son algunos de los gases de efecto invernadero más potentes y de mayor vida jamás valorado por el Panel Intergubernamental de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático y son conocidos como "los inmortales" por su larga vida atmosférica. Los PFC son subproductos no deseados de la producción de aluminio primario o smeting.

El potencial de calentamiento global (es decir, el impacto climático) durante un período de 100 años en comparación con el CO2

Dioxido de Carbono CO2

Tetrafluorometano CF4

Tetrafluorometano (CF4)

hexafluoroetano (C2F6)

Longevidad relativa de las concentraciones de gas atmosférico en comparación con el CO2

Cada año, los productores de aluminio en China liberan colectivamente aproximadamente 6,000 toneladas de CF4 y hexafluoroetano (C2F6), otro de los gases de efecto invernadero más potentes y duraderos del mundo, según un estudio de 2021 publicado en la Revista de Investigación Geofísica Atmósferas. Los contaminantes, conocidos colectivamente como PFC, tienen un impacto climático igual a las emisiones anuales de gases de efecto invernadero de 10.2 millones de automóviles, según la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos.

China desempeña un papel desproporcionado en la liberación de estos gases "inmortales" en particular. El país es responsable del 81 por ciento de las emisiones de PFC de la industria, a pesar de producir solo el 55 por ciento del aluminio mundial, según estimaciones oficiales reportadas en el estudio de 2021. Las emisiones reales de PFC de la industria de aluminio de China pueden ser aún mayores, según las mediciones atmosféricas de la contaminación por PFC informadas en el estudio.

Los efectos del ánodo representan casi un tercio de las emisiones de PFC en las plantas chinas, según un estudio de 2015 publicado en la Revista de la Sociedad de Minerales, Metales y Materiales. Reducir la ocurrencia de estas reacciones químicas es crítico.

Más beneficios, menos emisiones "Esto es tan obvio"

Hace más de una década, en 2009, un equipo de expertos internacionales viajó a China para demostrar un sistema de control automatizado que podría poner fin a la dependencia del método del palo y reducir drásticamente las emisiones de PFC. Los expertos trabajaban como parte de la Asociación Asia-Pacífico para el Desarrollo Limpio y el Clima, un programa voluntario financiado en parte por el gobierno de Estados Unidos. Cuando se produce un desequilibrio químico en una olla de aluminio fundido, la electricidad que corre a través de la olla para ayudar a descomponer el óxido de aluminio en aluminio tiene que ser interrumpida para restablecer el proceso. Históricamente, este era el momento en que un trabajador corría a la olla y revolvía el aluminio fundido con un palo hasta que el metal líquido salpicaba hacia arriba, haciendo contacto con el ánodo en la parte superior de la olla, causando que la fundición se cortocircuitara.

Un trabajador usando un poste de madera para interrumpir manualmente el "efecto ánodo" en una olla de aluminio en una fundición de aluminio Reynolds en Baie-Comeau, Quebec, Canadá, en 1992. Crédito: Alton Tabereaux

El método de control automatizado, desarrollado en la década de 1970 por el fabricante estadounidense Reynolds Aluminum, simplemente bajó el ánodo más abajo en la olla hasta que hizo contacto con el aluminio fundido, logrando el mismo efecto de cortocircuito. No se requiere ningún palo ni ningún ser humano que lo empuñe. Y tuvo un efecto significativo en el "efecto ánodo".

"En los viejos tiempos, el efecto de ánodo podía durar de uno a tres minutos", dijo Alton Tabereaux, quien trabajó como gerente de investigación y desarrollo tecnológico para Reynolds Aluminum y Alcoa desde la década de 1970 hasta principios de la década de 2000. "Una vez que vimos que la duración estaba produciendo una gran cantidad de PFC, entonces diseñamos el ánodo moviéndose hacia abajo sic muy rápidamente, Y podríamos terminar el efecto ánodo en 30 segundos. Y algunas plantas eran incluso más rápidas que eso. Hizo una tremenda disminución en las emisiones de PFC".

Tabereaux ayudó a desarrollar el método automatizado hace casi medio siglo y formó parte del equipo de investigadores que viajó a China para demostrar la tecnología en 2009.

Las demostraciones en Henan Zhongfu Industrial Company, un gran productor chino de aluminio, mostraron que el proceso automatizado redujo la duración promedio del efecto de ánodo en un 53 por ciento, de 28 segundos a solo 13 segundos, según un estudio de 2011 publicado en la revista Light Metals.

Además de reducir las emisiones, la nueva tecnología también produjo un ligero aumento en la eficiencia de la planta, según el estudio.

Los investigadores asumieron que el claro éxito de su demostración conduciría a una adopción generalizada en las fundiciones de aluminio en toda China. Después de todo, no solo era bueno para el planeta; También podría aumentar las ganancias.

"A partir de nuestro estudio, parecía que en realidad podrían ganar más dinero siendo un poco más eficientes", dijo Durwood Zaelke, presidente de IGSD, cuya organización coordinó el proyecto. "Pensamos, 'esto es tan obvio que barrerá las 100 fundiciones en China' en ese momento".

No sucedió

Por qué China se quedó con el palo

Trece años después de la demostración inicial, las fundiciones chinas continúan confiando en gran medida en los controles manuales para matar los efectos del ánodo, dijeron expertos de la industria en China.

Una encuesta de fundiciones chinas realizada en 2016 por el Instituto Internacional del Aluminio encontró que la gran mayoría continuó utilizando el método manual. El grupo encuestó a los operadores de siete fundiciones, que representan el 10 por ciento de la producción china, y descubrió que seis de cada siete dependían exclusivamente de métodos manuales para cortar los efectos del ánodo.

Más recientemente, los investigadores de Henan Zhongfu Industrial Company, la fundición de aluminio que organizó la demostración de 2009, confirmaron la dependencia continua de la industria en los controles manuales.

"Hasta la fecha, muy pocas fábricas nacionales de aluminio electrolítico han utilizado el enfoque automático para extinguir el efecto ánodo", escribieron los autores en un estudio publicado en la revista académica Engineering Technology Research en 2020.

Chen Xiping, profesor de ciencias de los materiales en la Universidad de Zhengzhou en la provincia de Henan, dijo a Grid que los efectos del ánodo se han vuelto menos frecuentes con el uso de algunos sistemas automatizados en la fase de prevención, pero que la dependencia del método del palo persiste.

Junto con esas medidas preventivas, "las empresas también usan el palo", dijo Chen. "Relativamente pocas empresas nacionales utilizan el método automático de reducción de ánodos".

Los autores del estudio de 2020 escribieron que el uso de métodos de control automatizados no está muy extendido porque el software informático necesario no se ha instalado ampliamente.

Sin embargo, David Wong, un experto en la industria del aluminio de Atmolite Consulting en Brisbane, Australia, quien dirigió la manifestación de 2009 en China, dijo que hay otra razón por la cual las empresas no han instalado el software.

Wong dijo que los operadores de plantas en China generalmente ejecutan sus fundiciones con volúmenes de aluminio fundido que son más altos de lo que las ollas de aluminio fueron diseñadas para contener. Si los ánodos en la parte superior de las ollas se sumergieran rápidamente más en las ollas para matar el efecto ánodo, las ollas podrían desbordarse. Esto causaría que la sal fundida en la parte superior de la olla se derrame. Tal desbordamiento podría crear un peligro de explosión si el nivel de líquido dentro de la olla bajara demasiado.

Wong dijo que ha sugerido a los operadores de plantas en China que operen sus ollas de aluminio con menos aluminio, pero que las compañías chinas decidieron tomar un curso diferente.

Súper contaminantes del aluminio

Las fundiciones de aluminio convierten el mineral de alúmina, u óxido de aluminio, en aluminio alimentando polvo de alúmina en un baño de sal fundida y ejecutando grandes cantidades de electricidad a través de la mezcla en una celda u olla. Si la mezcla química en la olla se desequilibra, se pueden formar gases de efecto invernadero potentes y duraderos conocidos como perfluorocarbonos.

La corriente eléctrica, que va desde los ánodos en la parte superior de la olla hasta un cátodo en la parte inferior, descompone el óxido de aluminio convirtiéndolo en aluminio.

El proceso libera oxígeno que luego se combina con el carbono de los ánodos para formar dióxido de carbono.

de alúmina

Si la concentración del óxido de aluminio desciende demasiado, la electricidad comenzará a descomponer el baño de sal. Cuando esto sucede, el gas flúor liberado de la sal reacciona con los ánodos de carbono, formando pefluorocarbono (PFC) en un proceso conocido como "efecto ánodo".

Aluminio y mezcla

Mantener el equilibrio químico adecuado para maximizar la eficiencia de la producción de aluminio es un desafío constante para las plantas de aluminio en todo el mundo. Para agravar aún más el problema, los operadores de plantas en China operan sus fundiciones a un voltaje más bajo que las fundiciones en otras partes del mundo para tratar de reducir las demandas de energía y, por lo tanto, reducir los costos, dijo Wong. Pero operar a un voltaje más

Alimentador

bajo puede comprometer la eficiencia de la planta, aumentar las emisiones de PFC y dificultar el mantenimiento de un equilibrio químico adecuado, dijo.

Según Wong, se agrega aluminio fundido adicional como una forma de mitigar el impacto de algunos de los desequilibrios que de otro modo comprometerían la eficiencia de la producción. "Cuando operas con niveles más altos de líquido, a veces puedes enmascarar los problemas", dijo Wong. "Los problemas desaparecen, pero los problemas vuelven. Es una forma menos eficiente de operar en nuestra opinión".

Dónde se encuentra el gobierno chino sobre

los PFCs

En noviembre, el gobierno chino lanzó un plan para controlar las emisiones de carbono en el sector de metales no ferrosos, que incluye el aluminio. El plan contiene el objetivo de obtener el 30 por ciento de la electricidad para la producción de aluminio a partir de fuentes de energía renovables para 2030, y aumentar significativamente la cantidad de metales no ferrosos procedentes de materiales reciclados en China para 2025.

Cualquier aumento en el reciclaje reduciría tanto las necesidades energéticas como las emisiones de PFC, pero las reducciones de emisiones de PFC no se incluyeron explícitamente en las medidas. Aunque el gobierno aún no ha exigido a las compañías de aluminio que reduzcan las emisiones de PFC de la industria, el problema está en su radar. Una señal: las directrices del gobierno chino para que las empresas metalúrgicas calculen voluntariamente sus emisiones incluían una fórmula para evaluar las emisiones de PFC.

Las tasas recomendadas por las agencias gubernamentales hace casi una década y nuevamente en un documento actualizado este año son significativamente más bajas que las emisiones actuales de las fundiciones chinas según lo estimado por el Instituto Internacional del Aluminio, tal vez reflejando una falta de conocimiento de los métodos anticuados de las compañías.

TABLA DE EMISIONES DE ALUMINIO

Las fundiciones de aluminio en China y los Estados Unidos tienen algunas de las emisiones de PFC más altas por tonelada de aluminio en todo el mundo. Las fundiciones envejecidas y menos eficientes son responsables de mayores emisiones en Estados Unidos, mientras que la dependencia continua de los controles manuales obsoletos representa una parte significativa de las emisiones de PFC de las instalaciones de producción más nuevas de China.

PFC Producción Intensiva Toneladas métricas de CO2 por tonelada métrica de aluminio INSTALACION

Alcoa Intalco

Aluminio del siglo

Promedio para todas las funciones de aluminio en China

Sebree de aluminio del siglo

Promedio global

Nordural de aluminio del siglo

Alcoa Fjardaal

Mejor tecnología disponible

Nota Las emisiones de dióxido de carbono, otro subproducto de la producción de aluminio, se muestran aquí FUENTES EPA Instituto Internacional del Aluminio, Light Metals 2022, informes de la compañía

Las empresas individuales en China no están obligadas a revelar públicamente las emisiones de PFC, lo que dificulta el seguimiento del progreso en la reducción de la contaminación.

"Se necesita más divulgación sobre los puntos calientes de emisión o las fuentes de emisión específicas de la industria, como la emisión de PFC para las empresas de aluminio, para proporcionar a las partes interesadas, especialmente a los responsables de la toma de decisiones y a los investigadores, datos empíricos en los que trabajar", dijo Lindsey Zhu, oficial senior de proyectos de cadena de suministro verde en el Instituto de Asuntos Públicos y Ambientales de China, a Grid en un correo electrónico.

Los funcionarios estadounidenses están considerando aranceles relacionados con el clima sobre el acero y el aluminio destinados a la producción china, y los responsables políticos europeos se están acercando poco a poco a un "mecanismo de ajuste fronterizo de carbono" más amplio que se aplicaría al acero, aluminio y otros productos importados. Con el tiempo, estas políticas pueden ejercer más presión sobre los fabricantes chinos de aluminio para reducir sus emisiones.

Millones en ahorros gracias a la automatización

En China hoy, parece que al menos una empresa, Henan Zhongfu, está haciendo uso del método automatizado. En su estudio sobre la tecnología de control automatizado, los investigadores de la compañía dijeron que ahorran un estimado de 1.663.500 yuanes, o aproximadamente U$D 240.000 por año, en electricidad mediante el uso del método automatizado en lugar del método del palo.

Además, los autores del estudio señalaron que los controles automatizados reducen en gran medida la necesidad de todos esos palos de casi 8,000 de ellos en sus instalaciones cada año, ahorrando a la compañía 11,826 yuanes adicionales, o aproximadamente $ 1,700 anuales.

Si se pudieran lograr ahorros similares en todas las 88 fundiciones de aluminio de China, el ahorro de costos llegaría a aproximadamente $ 21 millones por año, según una evaluación

Tabereaux, quien ayudó a desarrollar la tecnología de control automatizado en la década de 1970, dijo que aparte del ahorro de costos, es hora de que China implemente la tecnología menos contaminante para frenar esos "gases inmortales".

"Me hace pensar que lo que estamos haciendo en Estados Unidos y Europa realmente no equivale a mucho en comparación con lo que China está haciendo", dijo Tabereaux sobre la continua dependencia de la industria china en los controles manuales. "Las emisiones que generan son mucho más".

Martin Eduardo Lucione

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Extraido Inside Climate News Phil McKenna, and Lili Pike, Grid China