De problemen met energieverbruik en koolstofemissies bij de productie van grafietelektroden kunnen systematisch worden geoptimaliseerd door middel van de volgende multidimensionale oplossingen:
I. Grondstoffenkant: Formuleoptimalisatie en substitutietechnologieën
1. Vervanging van naaldcokes en optimalisatie van de verhouding
Voor ultra-hoogvermogen grafietelektroden is naaldcokes (hoge kristalliniteit en lage thermische uitzettingscoëfficiënt) nodig, maar de productie ervan verbruikt meer energie dan die van petroleumcokes. Door de verhouding tussen naaldcokes en petroleumcokes aan te passen (bijvoorbeeld 1,1-1,2 ton naaldcokes per ton hoogvermogen elektrodeproducten) kan het energieverbruik van de grondstoffen worden verminderd met behoud van de prestaties. Zo hebben de in Chenzhou ontwikkelde ultra-hoogvermogen elektroden met een grote diameter van 600 mm de CO₂-uitstoot van de kortproces-staalproductie in elektrische vlamboogovens met meer dan 70% verminderd door geoptimaliseerde grondstofverhoudingen.
2. Verbeterde bindmiddelefficiëntie
Koolteerpek, dat als bindmiddel wordt gebruikt en 25%–35% van de grondstoffen uitmaakt, laat na het bakken slechts 60%–70% residu achter. Door gemodificeerd pek te gebruiken of nanofillers toe te voegen, kan de bindkracht worden verbeterd, het bindmiddelgebruik worden verminderd en de uitstoot van vluchtige stoffen tijdens het bakken worden verlaagd.
II. Proceszijde: Energiebesparende en verbruiksverminderende innovaties
1. Optimalisatie van het energieverbruik bij grafitisatie
- Grafitisatieoven met interne serieschakeling: In vergelijking met traditionele Acheson-ovens verlaagt deze het elektriciteitsverbruik met 20%–30% door elektroden in serie te verwarmen met weerstandsmaterialen, waardoor warmteverlies wordt geminimaliseerd.
- Lage-temperatuur grafitisatietechnologie: het ontwikkelen van nieuwe katalysatoren of het optimaliseren van warmtebehandelingsprocessen om de grafitisatietemperatuur te verlagen van 2800 °C tot onder de 2600 °C, waardoor het energieverbruik per ton met 500-800 kWh wordt verminderd.
- Restwarmteterugwinningssystemen: Door de restwarmte van grafitisatieovens te gebruiken voor het voorverwarmen van grondstoffen of voor energieopwekking, wordt het thermisch rendement met 10%–15% verbeterd.
2. Vervanging van brandstof bij het bakken
Het vervangen van stookolie of steenkoolgas door aardgas verhoogt de verbrandingsefficiëntie met 20% en verlaagt de CO₂-uitstoot met 15%–20%. Hoogrendementsbakovens met gelaagde verwarmingstechnologie verkorten de baktijd, waardoor het brandstofverbruik met 10%–15% daalt.
3. Impregnering en recycling van vulstoffen
Gemodificeerde pek-impregneermiddelen (0,5–0,8 ton per ton elektroden) kunnen het aantal impregneercycli verminderen door middel van vacuümimpregnatie. De recyclingpercentages van metallurgische cokes of kwartszandvulstoffen bereiken 90%, waardoor het verbruik van hulpstoffen afneemt.
III. Apparatuurzijde: Intelligente en grootschalige upgrades
1. Grootschalige ovens en geautomatiseerde besturing
Grote, ultra-krachtige (UHP) elektrische vlamboogovens, uitgerust met impedantieregelsystemen en bewaking in de oven, verlagen het breukpercentage van elektroden tot onder de 2% en het energieverbruik per ton met 10%–15%. Intelligente energievoorzieningssystemen passen de boogspanning en stroompieken dynamisch aan op basis van staalsoorten en processen, waardoor verliezen door reactieve oxidatie worden voorkomen.
2. Constructie van een continue productielijn
Een volledig continue productie, van het vermalen van grondstoffen tot de bewerking, vermindert het energieverbruik in de tussenliggende fasen. Zo verlaagt stoom- of elektrische verwarming tijdens het mengproces het energieverbruik per ton van 80 kWh naar 50 kWh.
IV. Energiestructuur: Groene energie en koolstofbeheer
1. Adoptie van hernieuwbare energie
Door fabrieken te bouwen in regio's met veel zonne- of windenergie en groene elektriciteit te gebruiken voor de grafitisatie (goed voor 80-90% van de totale elektriciteitsproductie) kunnen de CO2-uitstoot per ton dalen van 4,48 tot minder dan 1,5 ton. Energieopslagsystemen compenseren schommelingen in het elektriciteitsnet en verbeteren zo het gebruik van groene stroom.
2. Koolstofafvang, -benutting en -opslag (CCUS)
Het afvangen van CO₂ dat vrijkomt tijdens het bakken en grafitisatieproces voor de productie van lithiumcarbonaat of synthetische brandstoffen maakt koolstofrecycling mogelijk.
V. Beleid en industriële samenwerking
1. Capaciteitsbeheersing en industriële consolidatie
Door de bouw van nieuwe, energie-intensieve installaties strikt te beperken en de concentratie van de industrie te bevorderen (bijvoorbeeld het marktaandeel van 17,18% van Fangda Carbon), worden schaalvoordelen benut om het energieverbruik per eenheid te verlagen. Het stimuleren van verticale integratie, zoals de zelfvoorziening van 67,8% van de gecalcineerde cokes en naaldcokes door Fangda Carbon, vermindert het energieverbruik voor het transport van grondstoffen.
2. Handel in koolstofemissierechten en groene financiering
Het verwerken van koolstofkosten in productprijzen stimuleert emissiereducties. Nadat Japan bijvoorbeeld antidumpingonderzoeken naar Chinese grafietelektroden was gestart, verbeterden binnenlandse bedrijven hun technologieën om de koolstofbelasting te verlagen. De uitgifte van groene obligaties ondersteunt energiebesparende renovaties, zoals een bedrijf dat zijn schuld-activaverhouding verlaagde door middel van schuld-naar-aandelenruil en de financiering van onderzoek en ontwikkeling naar lagedemperatuur-grafietovens.
VI. Casestudie: Emissiereductie-effecten van de 600 mm elektroden van Chenzhou
Technisch traject: Optimalisatie van de naaldcokesverhouding + interne serie-grafitisatieoven + terugwinning van restwarmte.
Gegevensvergelijking:
- Elektriciteitsverbruik: Gereduceerd van 5.500 kWh/ton naar 4.200 kWh/ton (↓23,6%).
- Koolstofemissies: Gereduceerd van 4,48 ton/ton naar 1,2 ton/ton (↓73,2%).
- Kosten: De energiekosten per eenheid daalden met 18%, waardoor de concurrentiepositie op de markt verbeterde.
Conclusie
Door optimalisatie van grondstoffen, procesinnovatie, modernisering van apparatuur, energietransitie en beleidscoördinatie kan de productie van grafietelektroden een 20%–30% lager energieverbruik en een 50%–70% lagere CO2-uitstoot realiseren. Met doorbraken in lagedemperatuur-grafietvorming en de toepassing van groene energie is de industrie klaar om de CO2-uitstoot rond 2030 te laten pieken en in 2060 CO2-neutraal te zijn.
Geplaatst op: 6 augustus 2025