Ein Blick hinter die elektrisch beheizte Säureröstung von Spodumen

Sachin Pimpalnerkar, Global Product Manager, KanthalEs ist der Partytrick der Besitzer von Elektrofahrzeugen: Sie heben die Motorhaube des Fahrzeugs an und darunter ist – nichts.

Wo Tausende von beweglichen Teilen unter hoher Temperatur und hohem Druck Millionen von Umdrehungen aushielten – nichts. Und wo Benutzer und Mechaniker Hunderte Stunden mit Prüfen, Nachfüllen, Entleeren und Austauschen verbracht hätten – nichts.

Der gleiche Partytrick erwartet Raffinerien, die neue, elektrisch beheizte Öfen für die Säureröstung auf dem wachsenden Markt für Lithiumcarbonat oder Lithiumhydroxid bestellen, sagt Sachin Pimpalnerkar, Global Product Manager bei Kanthal.

Es gibt einfach viel weniger bewegliche Teile, wenn Sie auf eine elektrische Installation umsteigen. Wie bei einem Motor für Elektrofahrzeuge ist auch hier alles viel einfacher.

„Es gibt einfach viel weniger bewegliche Teile, wenn Sie auf eine elektrische Installation umsteigen“, fügt er hinzu. „Wie bei einem Motor für Elektrofahrzeuge ist auch hier alles viel einfacher.“

Einfach und modular

Gasbefeuerte Brenner in Brennöfen gehören der Vergangenheit an. Es sind keine Rohre mehr zu sehen. Klappen und Gebläse werden nicht mehr benötigt. Die zahlreichen Sensoren, die früher für eine ausreichende Verbrennung gesorgt haben – weg.

Auf einem Drehrohr mit einem Durchmesser von drei bis fünf Metern und einer Länge von vielleicht 60 Metern ist das so, als würde man ein tennisplatzgroßes Wirrwarr aus Luft- und Gasleitungen ersetzen.

Die Fibrothal® Heizmodule von Kanthal, die die oben genannten Geräte ersetzen, sind einfach gebaut und elektrisch. Diese Einfachheit ist jedoch erstaunlich funktional. Die vakuumgeformten Keramikfaserauskleidungen haben eine geringe thermische Masse und Leitfähigkeit. Durch ihre eng anliegende Form werden auch teilweise die Drahtelemente eingebettet. Dies ermöglicht eine maximale Elementtemperatur von 1.150 Grad C.

Durch das Vakuumformen, das seit 1978 in der Fibrothal® Produktlinie eingesetzt wird, ist es möglich, die Heizelemente so zu formen, dass sie ein Segment der Heizkammer umschließen. Weitere Module werden je nach Ofenlänge nach Bedarf hinzugefügt.

Diese Einfachheit bedeutet ein stark verringertes Risiko von Geräteausfällen und Bedienerfehlern. Die Technologie hat sich darüber hinaus in vielen anderen Anwendungen und Umgebungen über Jahrzehnte bewährt.

Vorteile für die lokale Umwelt

Neben der Einfachheit sind es die Vorteile für die Umwelt, die das Interesse an elektrisch beheizter Säureröstung wecken.

„Natürlich wurde viel Wert darauf gelegt, dass man einen elektrischen Ofen mit regenerativ erzeugtem Strom betreiben kann und im Betrieb nahezu keine CO₂-Emissionen aus der Anlage abgibt“, sagt Pimpalnerkar. „Man profitiert aber auch von Vorteilen für die lokale Umwelt – für die Mitarbeitenden und die Region.“

NOx-Emissionen, die Atemwegserkrankungen verursachen können und in vielen Ländern ein Hauptaugenmerk der Umweltbehörden sind, spielen in der Elektroofentechnologie keine Rolle.

In umweltbewussten Gerichtsbarkeiten werden sich die Behörden dagegen wehren, einen neuen gasbefeuerten Brennofen in der Nähe von Bevölkerungszentren zu genehmigen, wo seine Emissionen die bestehende Verschmutzung durch Dieselfahrzeuge oder Schiffe, die in Stadthäfen einfahren, noch mehr erhöhen werden. Städte in vielen europäischen Ländern übertreffen bereits die vorgeschriebenen Emissionswerte für NOx.

Verringerung der CO₂-Emissionen

Andererseits liefern die Treibhausgasemissionen (CO₂) aus der Batterieherstellung, wo Kathoden und Anoden etwa 40 Prozent der Emissionen ausmachen, einen Grund, tatsächlich Anlagen in solchen entwickelten Volkswirtschaften anzusiedeln. Denn oft sind es diese Länder, die bei der Entwicklung einer kohlenstoffarmen Stromerzeugung am weitesten gekommen sind.

Insgesamt ist die Batterieherstellung überwiegend auf Strom angewiesen, und die CO₂-Intensität der Stromerzeugung ist sehr unterschiedlich. Die chinesische Stromerzeugung beispielsweise verursachte 2017 schätzungsweise das 20-fache der CO₂-Emissionen Schwedens und das dreifache Brasiliens. Die Auswirkungen auf die gesamten CO₂-Emissionen der Batterieherstellung wurden, im Vergleich zu einer Referenzanlage, für eine schwedische Anlage mit minus 60 Prozent berechnet, verglichen mit plus 30 bis 70 Prozent für eine Fabrik in China, Polen oder Indien.Sachin Pimpalnerkar got out his pencil and explained on the back of an envelope how the high volume of flue gas leaving a gas-fired kiln sharply reduces the thermal efficiency of a typical 4 MW unit.

Da einige Hersteller die Integration der Fertigung in Betracht ziehen, können diese relativen Umweltvorteile einen kumulativen Grund darstellen, von Gas- auf elektrisch beheizte Säureröstung von Spodumen umzusteigen.

„Zusammengenommen erhalten Sie eine einfachere und thermisch effizientere Technologie, und auch die Umweltüberlegungen sprechen tendenziell dafür, sie an Orten anzusiedeln, wo die CO₂-Intensität von Strom gering ist“, sagt Pimpalnerkar. „Interessanterweise werden dort auch neue Mineralvorkommen entdeckt und die Elektroautoindustrie erhält zunehmend Anreize, ihre Produktion dort aufzubauen.“