Die Probleme der Kohlenstoffemissionen im Produktionsprozess von Graphitelektroden können umfassend durch eine Kombination aus technologischen Verbesserungen, Prozessoptimierung und Energiemanagementstrategien angegangen werden, wie nachfolgend beschrieben:
I. Technologische Modernisierung: Hocheffiziente Anlagen und Substitution durch saubere Energie
1. Iteration der Graphitisierungsofentechnologie
Herkömmliche Acheson-Öfen verbrauchen bis zu 3.200–4.800 kWh pro Tonne Graphitelektroden, wobei erhebliche Temperaturschwankungen zu Energieverschwendung führen. Der Einsatz von Längsgraphitisierungsöfen (LWG) kann die Aufheizzeit auf 9–15 Stunden verkürzen, den Stromverbrauch um 20–30 % senken und eine gleichmäßigere spezifische Leitfähigkeit erzielen. Beispielsweise konnte das Xinjiang East Hope Carbon Project durch den Einsatz von LWG-Öfen den Energieverbrauch pro Tonne Elektroden um etwa 300 kWh reduzieren und so indirekt die CO₂-Emissionen senken.
2. Substitution durch saubere Energie
Die Herstellung einer Tonne Graphitelektroden verbraucht etwa 1,7 Tonnen Steinkohle und verursacht 4,5 Tonnen CO₂-Emissionen. Der Einsatz von Ökostrom (z. B. Solar- oder Windenergie) zum Betrieb von Graphitisierungsöfen ermöglicht eine direkte Emissionsreduzierung. So konnten beispielsweise einige Unternehmen in der Inneren Mongolei den Anteil von Ökostrom durch Integrationsprojekte (Quelle-Netz-Verbrauch-Speicher) auf über 50 % steigern und dadurch die CO₂-Emissionen pro Tonne Elektroden um 40 % senken.
3. Abwärmerückgewinnungssysteme
Durch den Einsatz von Abwärmekesseln in den Brenn- und Graphitierungsstufen wird heißes Rauchgas (200–800 °C) zur Dampferzeugung für Heizung oder Stromerzeugung genutzt. Das Kohlenstoffprojekt Shanxi Taigu Baoguang erzielte durch die Abwärmenutzung jährliche Einsparungen von rund 2.000 Tonnen Standardkohle und reduzierte die CO₂-Emissionen um 5.200 Tonnen.
II. Prozessoptimierung: Reduzierung des Rohstoff- und Energieverbrauchs
1. Vorverarbeitung des raffinierten Rohmaterials
- Kalzinierungsphase: Kontrolle der Eigenschaften des Petrolkokses (Reindichte ≥ 2,07 g/cm³, spezifischer Widerstand ≤ 550 μΩ·m), um den Energieverbrauch bei der nachfolgenden Verarbeitung zu minimieren.
- Imprägnierungsverfahren: Die Schüttdichte des Produkts wird durch „dreifache Imprägnierung und vierfaches Backen“ oder „doppelte Imprägnierung und dreifaches Backen“ erhöht und die Porosität reduziert. Beispielsweise kann eine Gewichtszunahme von ≥ 9 % bei der zweiten Imprägnierung die Anzahl der Backzyklen verringern und 15–20 % Energie einsparen.
2. Niedertemperaturumformung und verkürzte Prozessabläufe
Um die Freisetzung flüchtiger Stoffe zu reduzieren und die nachfolgenden Brenntemperaturen zu senken, sollten Niedertemperatur-Formgebungsverfahren (z. B. Extrusion bei 90–120 °C) eingesetzt werden. Gleichzeitig sollten die Produktionsabläufe optimiert werden, um den Zyklus von den Rohmaterialien bis zum fertigen Produkt zu verkürzen und den Gesamtenergieverbrauch zu minimieren.
3. Abgasrecycling
Rauchgase aus Backöfen, die brennbare Bestandteile wie CO und H₂ enthalten, können gereinigt und in Heizsystemen wiederverwendet werden. Das Projekt „Xinjiang East Hope“ sparte durch die Abgasrecyclingtechnologie jährlich rund 300.000 m³ Erdgas ein und reduzierte die CO₂-Emissionen um 600 Tonnen.
III. Energiemanagement: Digitalisierung und Kreislaufwirtschaft
1. Intelligente Energiemonitoringsysteme
Durch den Einsatz von IoT-Sensoren lassen sich Energieverbrauchsdaten (z. B. Strom und Wärme) in Echtzeit über alle Produktionsstufen hinweg überwachen und die Anlagenparameter mithilfe von KI-Algorithmen optimieren. So konnte beispielsweise ein Unternehmen die Leerlaufzeiten seines Graphitisierungsofens durch intelligente Überwachung um 30 % reduzieren und dadurch jährlich rund 500.000 kWh Strom einsparen.
2. Kohlenstoffabscheidung, -nutzung und -speicherung (CCUS)
Installieren Sie CO₂-Abscheidungsanlagen an den Abgasauslässen von Graphitisierungsanlagen, um das CO₂ für die unterirdische Verpressung oder die Verwendung als chemischer Rohstoff zu komprimieren. Trotz der derzeit hohen Kosten (ca. 300–600 RMB/Tonne CO₂) stellt CCUS einen entscheidenden langfristigen Weg zur tiefgreifenden Dekarbonisierung dar.
3. Modelle der Kreislaufwirtschaft
- Abwasserfreie Produktion: Häusliches Abwasser wird aufbereitet und zur Rauchgasreinigung oder Bewässerung wiederverwendet, während gleichzeitig Produktionsabwasser kaskadenartig genutzt wird. Das Taigu-Projekt in Shanxi erreichte Abwasserfreiheit und spart jährlich rund 100.000 Tonnen Wasser ein.
- Feststoffabfallrecycling: Rückführung des im Filterhaus gesammelten Staubs (ca. 344 Tonnen/Jahr) und der Stirnflächenfräsabfälle (ca. 500 Tonnen/Jahr) in die Produktionslinie, wodurch der Rohstoffverbrauch und die Emissionen im Zusammenhang mit der Abfallbehandlung reduziert werden.
IV. Synergie zwischen Politik und Markt: Treiber des Branchenwandels
1. Durchsetzung der Normen für extrem niedrige Emissionen
Standards wie dieEmissionsnorm für Schadstoffe in der Aluminiumindustrie(GB25465-2010), in der für Feinstaub, SO₂ und NOx Konzentrationen von ≤10 mg/m³, ≤35 mg/m³ bzw. ≤50 mg/m³ vorgeschrieben werden, um technologische Verbesserungen zu erzwingen.
2. Anreize für den Kohlenstoffhandel
Die Produktion von Graphitelektroden sollte in den nationalen Kohlenstoffmarkt einbezogen werden, um durch den Handel mit Emissionszertifikaten wirtschaftliche Zwänge zu schaffen. Reduziert ein Unternehmen beispielsweise die Kohlenstoffemissionen pro Tonne Elektroden von 4,5 Tonnen auf 3 Tonnen, kann es durch den Verkauf überschüssiger Zertifikate Gewinne erzielen und so einen positiven Kreislauf der Emissionsreduzierung in Gang setzen.
3. Zertifizierung für eine grüne Lieferkette
Nachgelagerte Stahlhersteller können den Kauf kohlenstoffarmer Graphitelektroden priorisieren, um vorgelagerte Produzenten zu Emissionsreduzierungen zu bewegen. Beispielsweise verlangte ein Elektrolichtbogen-Stahlwerk von seinen Lieferanten, Emissionen von ≤3,5 Tonnen CO₂ pro Tonne Elektroden zu erreichen und verhängte bei Nichteinhaltung einen Preisaufschlag von 10 %.
Veröffentlichungsdatum: 12. August 2025