Warum Elektrizität bei der Kalzinierung von Spodumen Gas besser ist

Sachin Pimpalnerkar, Global Product Manager, KanthalIn einem neuen, elektrisch beheizten Spodumen-Kalzinierungsofen geben Sie kalte Produkte an einem Ende in die Kammer und nehmen heiße Produkte am anderen Ende heraus. Das Volumen an Brennstoff und Luft, das in einen gasbefeuerten Ofen eintritt und es verlässt, ist im Vergleich zum Produktvolumen nicht nur wesentlich größer, es verschlingt auch den größten Teil der verbrauchten Energie.

Zur Veranschaulichung der schieren Menge holte Sachin Pimpalnerkar, Global Product Manager bei Kanthal, seinen Bleistift heraus und berechnete den Energieverlust.

„Diese Matheaufgabe musste ich selbst ausrechnen“, scherzt er und zeigt die Rückseite eines Umschlags, der voller Berechnungen war. „Das geht ganz schnell. In einem Zeitraum von 24 Stunden brauchen wir für einen 1-MW-Ofen 2.568 Nm3 Gas und 27.760 Nm3 Luft“, sagt er.

Riesige Lücke bei der thermischen Effizienz

Um sich ein Bild davon zu machen, stellen Sie sich vor, dass ein typischer Heißluftballon 16 Meter breit und 25 Meter hoch ist und ein Volumen von etwa 2.000 Kubikmetern enthält. Damit er elegant aufsteigen kann, wird die Luft mit etwa 130 Litern Propangas in einer Stunde auf etwa 100 Grad Celsius erhitzt.

Das Rauchgas eines Drehrohrofens hat vor der Filterung und Entschwefelung eine Temperatur von rund 400 Grad Celsius.

Unter Berücksichtigung der viel höheren Temperatur könnten Sie mit dem Rauchgas einer 1-MW-Einheit vielleicht 30 Ballons pro Tag oder 11.000 Ballons pro Jahr in die Luft schicken.

Trotz aller Effizienzgewinne durch jahrzehntelange kommerzielle Installationen erreicht ein gasbefeuerter Ofen vielleicht 25 Prozent thermischen Wirkungsgrad, der mit modernster Wärmerückgewinnung auf etwa 60 Prozent ansteigt

„Der Punkt ist, dass diese schiere Menge an heißem Gas dafür sorgt, dass ein gasbefeuerter Ofen trotz aller Effizienzgewinne durch Jahrzehnte kommerzieller Installationen einen thermischen Wirkungsgrad von vielleicht 25 Prozent erreicht, der durch modernste Wärmerückgewinnung auf etwa 60 Prozent ansteigt”, sagt Pimpalnerkar.

Eine typische Anlage könnte etwa 4 MW haben oder viermal so viel wie unser Gedankenexperiment. Das bedeutet, dass sie jeden Tag ganze 15,26 MWh Energie in Form von Rauchgasemissionen ausbläst, sagt Pimpalnerkar.

Diese Zahlen sind nur Schätzungen, aber sie zeigen ganz gut das Ausmaß der thermischen Ineffizienz bestehender Technologie. Im Vergleich dazu erreichen elektrisch beheizte Öfen einen thermischen Wirkungsgrad von fast 95 Prozent.

Energieeinsparungen sind nicht der einzige Pluspunkt für den Anlagenbetreiber. Eine bessere Arbeitsumgebung mit reduziertem Lärm und ohne schädliche NOx-Emissionen ist ein weiterer Vorteil. Und diese NOx-Emissionen, die einen Arbeitsplatz ungesund machen, können auch die Aufmerksamkeit der Regulierungsbehörden auf sich ziehen. Genehmigungsverfahren werden immer strenger, da viele Städte und Regionen ihre NOx-Reduktionsziele nicht erreichen. Hinzu kommt die Einfachheit sowie die Regelung der Temperatur. Wir sind es gewohnt, dass elektrische Heizungen einfach eingestellt werden. Dieser Vorgang ist weniger präzise und viel aufwändiger, wenn so große Gas- und Luftmengen durch Rohre geleitet, verteilt und entzündet werden müssen.

Anreize für den Umstieg auf Elektrisch

Verbraucher und Erstausrüster fordern seit einiger Zeit eine energieeffiziente Lieferkette ohne fossile Brennstoffe für ihre klimafreundlicheren Elektroautos und andere batteriebetriebene Anwendungen.

Die Vorwärtsintegration, bei der Raffinerien versuchen, mehr der verfügbaren Endproduktmargen bei oder in der Nähe der vorgelagerten Betriebe zu erzielen, stellt für Betreiber einen weiteren Anreiz dar, auf Elektrik umzusteigen, sagt Pimpalnerkar.

Wenn Betreiber einer neuen Mine in Skandinavien, England, den USA, Kanada oder Australien sich entscheiden, die Kalzinierungsphase vorwärts zu integrieren, können sie so vermeiden, dass Tausende Tonnen von Konzentraten zur Endverarbeitung nach China transportiert werden, sagt er.

Wenn diese energieintensiven Teile des Produktionsprozesses auf diese Weise verlagert werden, bedeutet dies auch, dass der daraus resultierende industrielle Energieverbrauch in Länder verlagert wird, in denen es Anreize zur Vermeidung von CO2-Emissionen gibt.

„Ein integrierter Betrieb kann Emissionshandelssysteme nutzen, um Energiekosten auszugleichen“, sagt Pimpalnerkar.

Und da Regionen wie Europa einen sogenannten Carbon Border Adjustment Mechanism für Produkte vorschlagen, die von außerhalb ihres Emissionshandelssystems importiert werden, könnte die Vorwärtsintegration künftig auch die Lieferkette vor solchen CO2-Zöllen schützen.