Projecte H2020 SisAl Pilot: Pilot innovador per a la producció de Silici amb baix impacte ambiental utilitzant matèries primeres secundàries d'Alumini i Silici.
- Tipus Projecte
- Estat Firmado
- Execució 2020 -2024
- Pressupost assignat 11.942.623,43 €
- Àmbit Europeo
- Font principal de finançament H2020
- Web del projecte Proyecto SisAl Pilot
La reducció carbotèrmica en forns d'arc submergit (SAF) es fa servir actualment per a la producció de silicones, que tenen un paper fonamental en nombroses indústries, des de l'electrònica i el transport fins a la química, la cosmètica i la construcció. El projecte pilot SisAl, finançat amb fons europeus, desenvolupa una alternativa de procés rendible i ecològica.
El procés SisAl comprèn la reducció aluminotèrmica del quars a escòria utilitzant matèries primeres secundàries, com ferralla i escòria d'alumini, com a substituts dels reductors de carboni utilitzats actualment. Amb una millor valorització dels fluxos de residus i subproductes, un menor consum energètic i la reducció de les emissions de CO2 i contaminants nocius, es descriu com un enfocament innovador. A més, contribueix significativament a la circularitat, on la indústria de l'alumini actuarà com a proveïdor de matèries primeres i usuari final.
S'ha realitzat un mapeig detallat dels recursos de primera matèria i la caracterització inicial de les matèries primeres potencials per ser utilitzades en el procés pilot de SisAl. Els resultats del mapatge de matèria primera, juntament amb els resultats de l'avaluació detallada del cas de negoci, mostren que cal emfatitzar més atenció a les fonts potencials d'alumini d'ara endavant. L'enfocament per al treball de laboratori a petita escala a la part pirometal·lúrgica del projecte s'ha centrat a comprendre l'impacte que tenen les diferents matèries primeres i paràmetres de procés en el procés de SisAl ia preparar les proves pilot a Elkem, RWTH, FRey i Mintek.
Amb base als resultats obtinguts a NTNU, Elkem ha realitzat 22 proves pilot, amb diferents tipus de matèries primeres i paràmetres de procés. Els resultats van verificar que els experiments a petita escala a NTNU són representatius per a experiments a gran escala en termes de composició de matèria primera i producte, així com d'interacció amb materials de gresol de grafit.
El treball experimental s'ha complementat amb el treball de modelatge realitzat per SIMTEC i ITMATI. Les escòries d'Elkem s'han enviat a Mytilineos i NTUA Grècia per ser utilitzades en proves hidrometal·lúrgiques a petita escala ia escala pilot, i el silici produït (>98% Si) s'ha enviat a Silicor per a la seva posterior purificació a Si-SoG. NTUA ha realitzat models i un cribratge a escala de laboratori de les condicions òptimes per extreure alúmina de les escòries. La investigació realitzada va incloure l'optimització de la cristal·lització de fases alcalines lixiviables en escòries produïdes, el modelatge i les proves de la lixiviació alcalina d'escòries, el modelatge de la precipitació d'alúmina a partir de solucions de lixiviació alcalina, el modelatge i les proves de la lixiviació clorohidrats d'alumini (ACH) a partir de solucions de lixiviació àcides i el refinat de solucions d'ACH per assolir alts graus de puresa.
Els resultats durant els primers 18 mesos mostren que les escòries produïdes són/poden fer-se adequades tant per a la lixiviació alcalina com per a l'àcida.
S'han aconseguit rendiments de lixiviació d'alumini del 100% i 65% a lixiviació àcida i alcalina respectivament. La precipitació d'alúmina de la solució àcida produïda i refinada ha produït fins ara una alúmina amb una puresa del 99,9%. BNW va actualitzar les anàlisis de viabilitat europees a curt termini durant el primer període de l'informe amb informació més detallada sobre els rendiments del procés i els preus dels materials, cosa que dóna estimacions generals positives del rendiment econòmic.
Tot i això, la previsió de negoci per a la fabricació d'alúmina de grau metal·lúrgic (MGA) a partir d'escòries de CaO-Al?O? fabricades amb SisAl sembla menys prometedora en aquest moment que les estimacions inicials. Altres mercats comercials que necessiten aquestes escòries en grans volums, com la siderúrgia secundària i el clínquer de ciment, s'investigaran amb més detall en el proper període del projecte. S‟han establert models de diagrama de flux utilitzant HSC Sim/FACTSage, l‟avaluació ambiental del procés SisAl i el desenvolupament d‟una infraestructura per al‟intercanvi de dades.
Els models HSC Sim, desenvolupats per HZDR, comprenen:
- Diagrames de flux individuals per a les operacions unitàries pirometal·lúrgiques i hidrometal·lúrgiques del procés SisAl per a la producció de silici i alúmina.
- El procés convencional de forn d'arc submergit (SAF) per a la producció de silici. Els models de diagrama de flux han generat els balanços de massa i energia per als processos SisAl i SAF.
Posteriorment, la NTNU va fer una comparació dels impactes ambientals entre els processos SAF convencionals i SisAl mitjançant una Anàlisi del Cicle de Vida (ACV). Les dades necessàries per a l'avaluació d'impacte ambiental es van obtenir dels models de diagrama de flux desenvolupats. Aquesta avaluació ha demostrat que el procés SisAl presenta un millor exercici ambiental que el procés SAF en gairebé totes les categories dimpacte considerades. Finalment, s'ha creat una estratègia detallada de difusió i comunicació i un kit de difusió.
En concret, s'han creat una pàgina web, comptes en xarxes socials, un sistema per compartir fitxers (espai d'innovació) i un vídeo promocional del concepte SisAl. Recentment, s'han finalitzat una sèrie de vídeos i un vídeo més llarg sobre els experiments pilot d'Elkem, que es publicaran a les xarxes socials de SisAl Pilots a principis de 2022. RawMat, Silicon for the Chemical and Solar Industry XVI, CRU Silicon Conference i Life Cycle Management Conference.
El projecte pilot SisAl té com a objectiu demostrar un nou procés industrial en TRL 6-7 per produir silici (Si), matèria primera crítica (CRM), en diferents qualitats: grau metal·lúrgic (MG-Si, >98 %), silici d'alta puresa (HP-Si, >99,9 %), grau solar (SoG-Si, al-N) metal·lúrgic (MGA) i/o alúmina d'alta puresa (HPA). SisAl representa una alternativa ambientalment i econòmicament sostenible al procés actual de reducció carbotèrmica en forns d'arc submergit (SAF), cosa que permet la producció de silici en una Europa cada vegada més pobra en carboni. Per a la producció de silici, la solució a curt termini d'utilitzar fonts de biocarboni com a reductors de quars és un repte a causa de l'àmplia competència i els alts preus d'aquest recurs per utilitzar-los en productes químics, combustibles, etc. Per això, i davant l'atenció creixent a l'economia circular, l'ús de fonts secundàries d'alumini com a reductors és més rellevant que mai.
Els problemes subjacents de subministrament de silici a la UE des de la Xina també s'han agreujat, cosa que ha deixat les indústries europees vulnerables tant a curt com a llarg termini. La situació energètica a la Xina ha provocat una caiguda de la producció de silici i un augment dels preus de més del 300% en menys de dos mesos durant la tardor de 2021. L'objectiu general del projecte pilot SisAl és ampliar i demostrar una nova tecnologia europea neta en carboni per produir silici i aliatges de silici (juntament amb alúmina de grau metal·lúrgic) a TRL 6-7, validant la qualitat de les matèries primeres i el producte, l'impacte ambiental i els paràmetres econòmics per establir les bases per a la comercialització.
SisAl Pilot té com a objectiu demostrar un nou procés industrial patentat per produir silici (Si, una matèria primera crítica), permetent un canvi de l'actual procés carbotèrmic de forn d'arc submergit (SAF) a una alternativa molt més ambiental i econòmica: una reducció aluminotèrmica de quars en escòria que utilitza matèries primeres secundàries com ferralla i escòria d'alumini utilitzen actualment. SisAl Pilot representa un enfocament innovador i una forta contribució a la "circularitat" a través d'una simbiosi industrial en què la indústria de l'Al actuarà com a proveïdor de matèria primera i usuari final de la indústria del Si.
En tots els sectors, SisAl Pilot oferirà reduccions substancials en les pèrdues de rendiment de materials, una valorització més gran dels fluxos de residus i subproductes, amb un consum d'energia 3 vegades menor i emissions radicalment menors de CO2 i contaminants nocius, a un cost considerablement menor. El projecte pilot SisAl reuneix proveïdors de matèries primeres (Erimsa), actors clau de silici i alumini (Wacker, Elkem, DOW, Silicor, SiQAl, Hydro, FRey, Befesa, MYTIL), PIMES/consultors/fabricants d'equips (BNW, SIMTEC, WS i SBC ITMATI, SINTEF, HZDR, MINTEK) per demostrar el procés SisAl amb diferents matèries primeres i sortides de productes a 4 països diferents. Aquests pilots aniran acompanyats d'avaluacions comparatives mediambientals, econòmiques i tecnològiques, i s'avaluaran casos de negoci industrials a ubicacions de Noruega, Islàndia, Alemanya, Espanya i Grècia.
El calendari de SisAl Pilot és impecable; la transformació cap a una economia circular, el fort èmfasi en el clima i les futures assignacions de CO2 previstes en el marc del RCDE UE amb el risc associat de fuita de carboni des d'Europa, la dificultat cada vegada més gran d'exportar ferralla d'alumini d'Europa a la Xina i la necessitat cada cop més gran de silici metàl·lic de la societat moderna. Amb SisAl, tots aquests desafiaments es converteixen en noves oportunitats europees.
Durant la primera etapa del projecte, s'ha prestat una atenció especial al disseny operatiu, incloent-hi el mètode d'agitació, el mètode de càrrega i la barreja de matèries primeres. S'ha demostrat per primera vegada a escala de 300 kg que l'escòria d'alumini (barreja de metall i òxid) és un reductor adequat per a les escòries que contenen SiO2. L´escòria és un subproducte de la indústria de l´alumini que conté una quantitat considerable d´alumini valuós (normalment un 70-80%).
Actualment, s'utilitzen processos industrials addicionals, amb un cost considerable i un impacte ambiental negatiu, per recuperar parts d'aquest alumini. També s'ha demostrat a escala pilot que els sculls es poden utilitzar per refinar l'aliatge de Si produït mitjançant el procés SisAl a silici de MG (puresa superior al 99%). Els estudis de viabilitat europeus a curt termini s'han actualitzat amb informació més detallada sobre els rendiments del procés i els preus dels materials, cosa que dóna estimacions generals positives de rendiment econòmic. Aquests estudis actualitzats han establert les bases per a les converses inicials amb socis potencials que podrien comercialitzar el procés pilot SisAl.
- NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET NTNU (NTNU)
Projectes relacionats
