Уборка смешанного лома: декарбонизация алюминия посредством цикличности (McKinsey & Company)

Алюминий является важнейшим строительным блоком традиционных отраслей промышленности, таких как строительство и упаковка, а также перехода к нулевому уровню выбросов. Алюминий необходим для низкоуглеродных применений, таких как электромобили (ЭМ), технологии возобновляемой энергетики, солнечные фотоэлектрические системы (ФЭ), ветровые турбины и связанная с ними передача электроэнергии. При этом производство первичного алюминия. Этот процесс энергоёмкий и может привести к значительным выбросам CO2 при использовании электроэнергии, полученной из ископаемого топлива. Более того, выбросы, связанные с использованием угольных анодов в процессе электролиза, особенно сложно сократить, а предшествующие процессы производства и очистки первичного алюминия (требующие использования угля, мазута или природного газа) могут приводить к значительным выбросам.

Хотя решение проблемы потребления ископаемого топлива при производстве первичного алюминия по-прежнему важно, переработка алюминия, особенно из потребительского лома, может стать более эффективным и быстрым способом достижения нулевых выбросов, поскольку для этого требуется всего 5% энергии, необходимой для первичного производства. Спрос на вторичный алюминий набирает обороты. Что касается спроса, крупные потребители в автомобильной и упаковочной промышленности устанавливают высокие целевые показатели содержания переработанных материалов, включая алюминий. Что касается предложения, такие нормативные акты, как Закон о критически важном сырье в Европейском союзе и Закон о снижении инфляции в США, стимулируют развитие мощностей по переработке вторичного алюминия за счет повышения целевых показателей переработки и инвестиций в мощности по переработке вторичных материалов.

Ожидается, что спрос на алюминий будет расти более чем на 2 процента в год в течение следующего десятилетия.

Ожидается, что в период с 2025 по 2035 год мировой спрос на алюминий увеличится приблизительно со 106 до 130 миллионов метрических тонн (Мт), причем спрос будет обусловлен главным образом ростом в сферах энергетического перехода и традиционных сегментах конечного использования, при этом среднегодовой темп роста составит 2,1 процента в год.

Увеличение спроса будет обусловлено в основном ростом в автомобильной промышленности и вышеупомянутых энергетических приложениях (увеличение на 15 млн тонн), а также более широким внедрением электромобилей, в которых, как правило, содержание алюминия выше, чем в транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания.

Основная часть роста предложения может быть обеспечена за счёт вторичного алюминия, главным образом, за счёт увеличения объёмов потребительского лома в Китае. В то же время, исходя из портфеля проектов, первичное производство, вероятно, обеспечит около 30% роста предложения.

Оптимизация производственных цепочек, связанных с алюминием, может увеличить объёмы поставок

Следующие виды вторичного сырья могут помочь удовлетворить растущий спрос:

1. Предпроизводственный лом. На лом алюминия, образующийся при литье, производстве полуфабрикатов и изделий, приходится примерно треть мирового объема лома. Эти объемы, как правило, легко собираются и могут быть переплавлены напрямую.

2. Потребительский лом. На лом алюминия, образовавшийся в результате утилизации, приходится оставшиеся две трети мирового лома. Потребительский лом требует надлежащего сбора, а также дальнейшей сортировки и измельчения, прежде чем его можно будет переработать и переплавить для повторного использования.

Высокая доля смешанного лома является ключевой проблемой при переработке алюминия

В производственных процессах и при изготовлении продукции алюминий часто смешивается с другими материалами, что затрудняет восстановление и сохранение определённых сплавов. Во многих случаях это может ограничивать переработку смешанного лома и литейных сплавов.

На долю лома, образовавшегося до потребления, приходится около трети всего объема лома, а остальная часть приходится на лом, образовавшийся в результате окончания срока службы. При нынешнем положении дел в отрасли значительная часть лома, образовавшегося в результате окончания срока службы, не сортируется и попадает в смешанные пулы лома, где в конечном итоге перерабатывается без извлечения ценных сплавов. Например, сплавы серии 6ххх (классифицируемые по содержанию магния и кремния) перерабатываются реже и в основном используются в сплавах серии 7ххх или литейных сплавах, которые могут содержать больше примесей.

С ростом доли электромобилей спрос на смешанный лом, традиционно используемый для производства литых сплавов для блоков двигателей внутреннего сгорания, может снизиться вместе с сокращением производства автомобильных отливок, что приведёт к необходимости улучшить методы сортировки и переработки.

Несмотря на то, что алюминий сегодня активно перерабатывается, существуют значительные различия между регионами и марками сплавов

Показатели сбора и переработки алюминиевого лома различаются в зависимости от региона и источника лома.

Уровень сбора и переработки допотребительского лома высок, в первую очередь из-за его высокой стоимости и относительно ограниченного разнообразия лома.

Напротив, потери при сборе и рекуперации металлолома после потребления сравнительно выше, хотя существуют различия между сегментами и регионами конечного использования. Например, показатели сбора на упаковке для напитков значительно различаются в зависимости от страны: от 75 процентов в Европейском союзе в целом до 99 процентов в Германии. Что касается других видов упаковки, например алюминиевой фольги, то её сбор затруднён, а материал часто теряется в бытовых отходах.

Помимо решения проблем, связанных с переработкой смешанного лома, повышение уровня сбора и восстановления может открыть дополнительные возможности для улучшения общих показателей переработки

В некоторых регионах, таких как Китай и Северная Америка, есть потенциал для повышения уровня сбора. К 2035 году около 6,2 млн тонн алюминия из сплавов серии 5xxx, которые в основном используются в транспорте и строительных конструкциях, могут остаться неубранными.

Нормативно-правовое регулирование и улучшение инфраструктуры могли бы увеличить количество пригодного для переработки лома и, как следствие, повысить уровень его сбора. Для этого, скорее всего, потребуется создать отдельные схемы сбора бытовых и промышленных отходов, что может сократить долю собираемого, но не перерабатываемого алюминиевого лома.

Для извлечения определённых сплавов из смешанного лома требуется усовершенствованная система сортировки

Сегодня большая часть смешанного лома либо экспортируется для ручной сортировки в страны с самыми низкими ценами, либо перерабатывается без извлечения ценных сплавов. Решить эту проблему можно с помощью усовершенствованной сортировки и очистки.

Из двух вариантов усовершенствованная сортировка уже является экономически конкурентоспособной, но для ее масштабного запуска требуется значительная работа и целеустремленность. Примерный процесс расширенной сортировки включает в себя получение twitch (ключевого сырья) из Zorba1 с помощью комбинации технологий — рентгенофлуоресцентного анализа, рентгеноструктурного анализа (РСА) и спектроскопии лазерного пробоя — можно разделить лёгкие и тяжёлые фракции. После этого алюминиевый лом можно разделить на литейные сплавы и отдельные деформируемые сплавы (например, 5xxx или 6xxx), что позволит сократить долю переработанного алюминия. При использовании современных технологий переработка от 30 000 до 40 000 метрических тонн металлолома в год может обойтись примерно в 200–300 долларов за метрическую тонну и создать рентабельный бизнес с прибылью от 50 до 150 долларов за метрическую тонну, при этом более ценные фракции металла компенсируют дополнительные затраты на переработку.

Напротив, технологии рафинирования могут помочь в производстве сплавов серии 1xxx. Однако рафинирование и другие технологии обычно требуют больше энергии и находятся на более ранних стадиях разработки, чем другие технологии.

Несмотря на то, что за последние несколько лет технологии сортировки значительно усовершенствовались, создание таких замкнутых цепочек добавленной стоимости по-прежнему остаётся сложной задачей, и существует значительный потенциал для повышения эффективности. В будущем при работе со смешанным металлоломом можно будет использовать совместные подходы для согласования действий заинтересованных сторон в рамках местных цепочек добавленной стоимости. Такие альянсы могут помочь объединить ресурсы, обмениваться знаниями и инвестировать в передовые технологии, что позволит оптимизировать операции, ускорить процесс обучения (и, как следствие, снизить затраты) и повысить общую эффективность процесса переработки. Благодаря двусторонним договорам купли-продажи и синергетическим коммерческим моделям альянсы могут обеспечить долгосрочное сотрудничество с партнёрами, что особенно важно для обеспечения непрерывного потока металлолома.

Ряд недавних альянсов демонстрируют потенциал партнерских отношений для решения этих проблем. Например, Constellium в сотрудничестве с OSR работает над усовершенствованиями LIBS с долгосрочной целью извлечения высококачественного алюминия из автомобилей с истекшим сроком службы. в то время как партнёрство Hydro с компанией Padnos в области усовершенствованной сортировки позволяет более эффективно перерабатывать отходы.

Такое сотрудничество выгодно всем сторонам: например, сборщики металлолома могут получить доступ к более совершенным технологиям сортировки, переработчики — обеспечить стабильные поставки вторсырья, а конечные пользователи — достичь целей в области устойчивого развития, сократив при этом выбросы углекислого газа за счёт объёмов закупаемого сырья.

Сотрудничество на всех этапах вторичной переработки алюминия может помочь решить некоторые проблемы, связанные с переработкой алюминия, и повысить темпы производства. Таким образом, комплексный подход, охватывающий сборщиков и агрегаторов металлолома, поставщиков передовых технологий сортировки, переплавочных предприятий и конечных потребителей, имеет решающее значение для экономически эффективного производства высококачественного лома и продукции с высоким содержанием переработанных материалов без ущерба для качества.

Источник: https://www.mckinsey.com/industries/metals-and-mining/our-insights/cleaning-up-mixed-scrap-decarbonizing-aluminum-through-circularity