Proxecto piloto SisAl de H2020: proxecto piloto innovador para a produción de silicio con baixo impacto ambiental utilizando materias primas secundarias de aluminio e silicio.
- Tipo Proxecto
- Estado Firmado
- Execución 2020 -2024
- Orzamento asignado 11.942.623,43 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento Horizonte 2020
- Páxina web do proxecto Proyecto SisAl Pilot
A redución carbotérmica en fornos de arco mergullado (SAF) utilízase actualmente para a produción de siliconas, que desempeñan un papel fundamental en numerosas industrias, desde a electrónica e o transporte ata os produtos químicos, os cosméticos e a construción. O proxecto piloto SisAl, financiado pola UE, está a desenvolver un proceso alternativo rendible e respectuoso co medio ambiente.
O proceso SisAl implica a redución aluminotérmica do cuarzo en escoria utilizando materias primas secundarias, como chatarra e escoria de aluminio, como substitutos dos redutores de carbono que se empregan na actualidade. Cunha mellora da valorización dos fluxos de residuos e subprodutos, un menor consumo de enerxía e unha redución das emisións de CO2 e de contaminantes nocivos, descríbese como unha estratexia innovadora. Ademais, contribúe significativamente á "circularidade", onde a industria do aluminio actuará como provedora de materias primas e como usuario final.
Realizouse un mapeo detallado dos recursos de materias primas e unha caracterización inicial das posibles materias primas para o seu uso no proceso piloto de SisAl. Os resultados do mapeo de materias primas, xunto cos resultados da avaliación detallada do caso de negocio, amosan que se debe poñer maior énfase nas posibles fontes de aluminio no futuro. O traballo de laboratorio a pequena escala na parte pirometalúrxica do proxecto centrouse en comprender o impacto das diferentes materias primas e parámetros do proceso no proceso SisAl e na preparación para probas piloto en Elkem, RWTH, FRey e Mintek.
Baseándose nos resultados obtidos na NTNU, Elkem realizou 22 probas piloto con diferentes tipos de materias primas e parámetros de proceso. Os resultados destes verificaron que os experimentos a pequena escala na NTNU son representativos dos experimentos a grande escala en termos de composición de materias primas e produtos, así como de interacción cos materiais de crisol de grafito.
O traballo experimental foi complementado por traballos de modelización levado a cabo por SIMTEC e ITMATI. As escorias de Elkem enviáronse a Mytilineos e NTUA Grecia para o seu uso en probas hidrometalúrxicas a pequena escala e a escala piloto, e o silicio producido (>98 % de Si) enviouse a Silicor para a súa posterior purificación a Si-SoG. A NTUA levou a cabo modelizacións e cribados a escala de laboratorio das condicións óptimas para a extracción de alúmina da escoria. A investigación realizada incluíu a optimización da cristalización de fases alcalinas lixiviables nas escorias producidas, a modelización e as probas da lixiviación alcalina de escorias, a modelización da precipitación de alúmina a partir de solucións de lixiviación alcalina, a modelización e as probas da lixiviación ácida de escorias, a modelización e as probas da precipitación de clorhidrato de aluminio (ACH) a partir de solucións de lixiviación ácida e o refinado de solucións de ACH para acadar altos niveis de pureza.
Os resultados durante os primeiros 18 meses amosan que as escorias producidas son/poden ser axeitadas tanto para a lixiviación alcalina como ácida.
Conseguíronse rendementos de lixiviación de aluminio do 100 % e o 65 % en lixiviación ácida e alcalina, respectivamente. A precipitación de alúmina a partir da solución ácida producida e refinada produciu ata a data alúmina cunha pureza do 99,9 %. BNW actualizou as súas análises de viabilidade europeas a curto prazo durante o primeiro período de presentación de informes con información máis detallada sobre o rendemento dos procesos e os prezos dos materiais, o que produciu estimacións globais positivas do rendemento económico.
Non obstante, as perspectivas comerciais para a fabricación de alúmina de grao metalúrxico (MGA) a partir de escorias de CaO-AlO fabricadas con SisAl parecen menos prometedoras neste momento que as estimacións iniciais. Outros mercados comerciais que requiren estas escorias en grandes volumes, como a fabricación de aceiro secundaria e o clínker de cemento, serán investigados con máis detalle no próximo período do proxecto. Establecéronse modelos de diagramas de fluxo empregando HSC Sim/FACTSage, a avaliación ambiental do proceso SisAl e o desenvolvemento dunha infraestrutura para o intercambio de datos.
Os modelos HSC Sim, desenvolvidos por HZDR, inclúen:
- Diagramas de fluxo individuais para as operacións unitarias pirometalúrxicas e hidrometalúrxicas do proceso SisAl para a produción de silicio e alúmina.
- O proceso convencional de forno de arco mergullado (SAF) para a produción de silicio. Os modelos de diagramas de fluxo xeraron balances de masa e enerxía para os procesos SisAl e SAF.
A continuación, a NTNU realizou unha comparación dos impactos ambientais entre os procesos SAF convencionais e os SisAl mediante unha análise do ciclo de vida (ACV). Os datos necesarios para a avaliación de impacto ambiental obtivéronse a partir dos modelos de diagramas de fluxo desenvolvidos. Esta avaliación demostrou que o proceso SisAl ten un mellor rendemento ambiental que o proceso SAF en case todas as categorías de impacto consideradas. Finalmente, creouse unha estratexia detallada de difusión e comunicación, así como un kit de difusión.
En concreto, creáronse un sitio web, contas nas redes sociais, un sistema para compartir ficheiros (espazo de innovación) e un vídeo promocional para o concepto SisAl. Recentemente, completáronse unha serie de vídeos e un vídeo máis longo sobre os experimentos piloto de Elkem, que se publicarán nas canles de redes sociais de SisAl Pilots a principios de 2022. Ademais, SisAl Pilot presentouse no taller RMIS, un evento de clúster organizado pola Asociación Europea do Aluminio (EAA) durante o outono de 2021, e en varias conferencias como Infacon XVI, RawMat, Silicon for the Chemical and Solar Industry XVI, CRU Silicon Conference e Life Cycle Management Conference.
O proxecto piloto SisAl ten como obxectivo demostrar un novo proceso industrial no TRL 6-7 para producir silicio (Si), materia prima crítica (CRM), en diferentes calidades: grao metalúrxico (MG-Si, >98%), silicio de alta pureza (HP-Si, >99,9%), grao solar (SoG-Si, >6N) e aliaxes de Al-Si, xunto con alúmina de grao metalúrxico (MGA) e/ou alúmina de alta pureza (HPA). O SisAl representa unha alternativa ambiental e economicamente sostible ao proceso actual de redución carbotérmica en fornos de arco mergullado (SAF), o que permite a produción de silicio nunha Europa cada vez máis pobre en carbono. Para a produción de silicio, a solución a curto prazo de empregar fontes de biocarbono como redutores de cuarzo é un reto debido á intensa competencia e aos altos prezos deste recurso para o seu uso en produtos químicos, combustibles, etc. Polo tanto, e dada a crecente atención prestada á economía circular, o uso de fontes secundarias de aluminio como redutores é máis relevante que nunca.
Os problemas subxacentes de subministración de silicio á UE desde China tamén empeoraron, o que deixa as industrias europeas vulnerables tanto a curto como a longo prazo. A situación enerxética na China provocou unha caída na produción de silicio e un aumento dos prezos de máis do 300 % en menos de dous meses durante o outono de 2021. O obxectivo xeral do proxecto piloto SisAl é ampliar e demostrar unha nova tecnoloxía europea de carbono limpo para a produción de silicio e aliaxes de silicio, xunto con alúmina de grao metalúrxico (MGA) e alúmina de alta pureza (HPA), no TRL 6-7, validando a calidade das materias primas e dos produtos, o impacto ambiental e os parámetros económicos para sentar as bases para a comercialización.
O proxecto piloto de SisAl ten como obxectivo demostrar un proceso industrial novedoso e patentado para a produción de silicio (Si, unha materia prima fundamental), que permita o cambio do proceso actual de forno de arco mergullado (SAF) carbotérmico a unha alternativa moito máis viable desde o punto de vista ambiental e economicamente: unha redución aluminotérmica de cuarzo a escoria utilizando materias primas secundarias como chatarra e escoria de aluminio (Al), como substitutos dos redutores de carbono que se empregan actualmente. O proxecto piloto SisAl representa unha proposta innovadora e unha forte contribución á "circularidade" a través dunha simbiose industrial na que a industria do Al actuará como provedora de materias primas e como usuario final da industria do Si.
En todos os sectores, o proxecto piloto de SisAl permitirá reducir substancialmente as perdas de rendemento de materiais, aumentar a valorización dos fluxos de residuos e subprodutos, cun consumo de enerxía tres veces menor e unhas emisións de CO2 e contaminantes nocivos radicalmente menores, a un custo significativamente menor. O proxecto piloto SisAl reúne a provedores de materias primas (Erimsa), actores clave do silicio e o aluminio (Wacker, Elkem, DOW, Silicor, SiQAl, Hydro, FRey, Befesa, MYTIL), pemes/consultores/fabricantes de equipos (BNW, SIMTEC, WS e SBC) e organizacións de investigación (NTNU, RWTH, NTUA, ITMATI, SINTEF, HZDR, MINTEK) para demostrar o proceso SisAl con diferentes materias primas e produtos en 4 países diferentes. Estes proxectos piloto irán acompañados de avaliacións comparativas ambientais, económicas e tecnolóxicas, e avaliaranse casos de negocio industriais en lugares de Noruega, Islandia, Alemaña, España e Grecia.
A axenda de SisAl Pilot é impecable; a transformación cara a unha economía circular, a forte énfase no clima e as futuras asignacións de CO2 previstas no marco do réxime de comercio de dereitos de emisión da UE co risco asociado de fuga de carbono de Europa, a crecente dificultade de exportar chatarra de aluminio de Europa a China e a necesidade cada vez maior de silicio metálico na sociedade moderna. Con SisAl, todos estes desafíos convértense en novas oportunidades europeas.
Durante a primeira fase do proxecto, prestouse especial atención ao deseño operativo, incluíndo o método de axitación, o método de carga e a mestura de materias primas. Demostrouse por primeira vez, a escala de 300 kg, que a escoria de aluminio (unha mestura de metal e óxido) é un redutor axeitado para escorias que conteñen SiO2. A escoria é un subproduto da industria do aluminio que contén unha cantidade considerable de aluminio valioso (normalmente entre un 70 e un 80 %).
Actualmente, utilízanse procesos industriais adicionais, a un custo considerable e con impacto ambiental negativo, para recuperar partes deste aluminio. Tamén se demostrou a escala piloto que se poden usar máquinas de fresar para refinar a aliaxe de Si producida polo proceso SisAl a silicio MG (pureza superior ao 99%). Os estudos de viabilidade europeos a curto prazo actualizáronse con información máis detallada sobre o rendemento dos procesos e os prezos dos materiais, o que produce estimacións de rendemento económico globalmente positivas. Estes estudos actualizados sentaron as bases para as conversas iniciais con potenciais socios que poderían comercializar o proceso piloto de SisAl.
- NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET NTNU (NTNU)
Proxectos relacionados
