Kohlendioxidabscheidung und -speicherung
Nickel spielt viele Rollen
Lebenszyklus von Nickel und Berechnung der CO2 -Emissionen
Kohlendioxidabscheidung auf natürliche Weise Ultramafisches Gestein absorbiert CO2
Mit einer Spannweite von 178 m ist die Christopher Cassaniti Bridge die erste Doppelhelixbrücke Australiens. Die Fußgänger- und Fahrradbrücke wurde 2020 fertiggestellt und überspannt zwei stark befahrene Straßen.
Architekten: KI Studio
Leitende Ingenieure: Arup
Bauleitung: Arenco Daracon
Hersteller: S & L Steel
Ort: Sydney, Australien
Nickelhaltige Komponenten:
• Duplex 2205-Platten für das Primärdeck
• Duplex 2205-Druckstreben, die das Brückendeck tragen
• Legierung 718 (N07718) für die Bolzen
• Austenitischer Edelstahl 316L für die Balustraden
Abmessungen:
• 178 m lang
• Doppelhelix-Durchmesser 7,8 m an der breitesten Stelle bis 5,5 m an der schmalsten
Wegen des begrenzten verfügbaren Platzes für die Auffahrt zur und Abfahrt von der Brücke wurde diese in Sinusform entworfen. Sie besteht aus 200 Tonnen Kohlenstoffstahl und 80 Tonnen glasperlengestrahlter Duplex-Edelstahlplatten. Aufgrund der hervorragenden Korrosionsbeständigkeit, Stärke und Stoßfestigkeit wurde für das Primärdeck Duplex-Edelstahl 2205 (UNS S32205, Nickelgehalt ca. 5 %) verwendet, um den Wartungsaufwand während der erwarteten 100-Jahre-Lebensdauer der Brücke zu minimieren. Die Brücke wird von Duplex-Edelstahlstreben getragen, die mit Bolzen und kugelförmigen Lagern aus Speziallegierung 718, einer Superlegierung mit ca. 50 % Nickelanteil und hervorragender Korrosionsbeständigkeit, verbunden sind. Die Balustraden bestehen aus austenitischem Edelstahl 316L (S31603), in der Regel mit einem Nickelgehalt von 10 %.
Das Duplex-Edelstahldeck ruht ganz in der röhrenförmigen Doppelhelix-Kohlenstoffstahl-Konstruktion und trägt nicht zu den lasttragenden Eigenschaften der Brücke bei. Die Doppelhelix besteht aus mehr als 3 600 Kohlenstoffstahlplatten. Diese wurden lasergeschnitten und dann in ihre ganz spezielle Form gewalzt und miteinander verschweißt. Auf diese Weise entstanden die verdrehten, gekrümmten Kastenabschnitte, die andernorts montiert, zerlegt und dann transportiert wurden. Um Verwindungen vorzubeugen, die aufgrund der niedrigeren Wärmeleitfähigkeit von Duplex-Edelstahl stärker ausfallen als bei Kohlenstoffstahl, mussten die 12 mm starken Duplex-Edelstahlplatten besonders sorgfältig verschweißt werden.
Die Brücke ist in einem kräftigen Blau gestrichen, sodass sie mit dem Himmel zu verschmelzen scheint und einen attraktiven Kontrast zu ihrer grünen Umgebung setzt.
2022 war ein Jahr der Witterungsextreme. In Pakistan erreichten die Temperaturen im März einen Spitzenwert von 50 °C, gefolgt von verheerenden Überschwemmungen im Mai. In Großbritannien stieg das Thermometer auf über 40 °C an, Spanien und Portugal wurden von Flächenbränden verwüstet, und in den USA fielen die Pegel vieler Stauseen durch die Dürre auf die niedrigsten Werte aller Zeiten. In China trockneten Teile des Jangtsekiang aus. In Australien verzeichnete Sydney die höchste Niederschlagsmenge seit Beginn der Wetteraufzeichnungen.
Kälterekord Wärmer als im Durchschnitt
Viel kälter als im Durchschnitt
Viel wärmer als im Durchschnitt
Kälter als im Durchschnitt
Die zehn wärmsten SeptemberMonate seit Beginn der Temperaturaufzeichnung fallen in die Jahre seit 2012 – September 2022 Global Climate Report|National Centers for Environmental Information (NCEI) (noaa.gov)
Hitzerekord
Kohlendioxid- und andere Treibhausgas(THG)-Emissionen sind das Ergebnis menschlicher Aktivitäten und bewirken, dass Wärme in der Atmosphäre gespeichert wird. Die dadurch verursachte Erderwärmung verstärkt natürliche Phänomene wie Überschwemmungen und Dürren. In dieser Ausgabe von Nickel beschäftigen wir uns aus mehreren Perspektiven mit Kohlendioxid, seiner Reduzierung, Berechnung und Abscheidung.
Weil der erste Schritt zur Emissionsreduzierung darin besteht, die Emissionen zunächst einmal zu messen, hat das Nickel Institute einen Leitfaden erstellt, mit dessen Hilfe die Hersteller von Nickelmetall ihre THG-Emissionen berechnen können. Auf Seite 8 beantworten wir Fragen zur Bedeutung zuverlässiger Lebenszyklusdaten für Hersteller und Anwender von Nickel.
Parallel zu den Bemühungen der Nickelhersteller um eine Reduzierung ihrer Kohlendioxidemissionen leistet Nickel auch einen wichtigen Beitrag zu Technologien, mit denen das Freisetzen von Kohlendioxid in die Atmosphäre reduziert werden kann. Verfahren, bei denen Nickel von geradezu grundlegender Bedeutung sind, sind die CO2 -Abscheidung und -Speicherung. Weil der Klimawandel auch zu Wassermangel führt, wird die Versorgung mit Trinkwasser in vielen Teilen der Welt mit Entsalzungsanlagen sichergestellt. Auch hier spielt Nickel eine wichtige Rolle.
Viele Förderunternehmen haben ein großes Interesse daran, CO2 -neutral zu werden. Auf Seite 12 erfahren Sie mehr über eine überraschend natürliche Möglichkeit, wie das zu erreichen ist.
Sie möchten Ihre CO2 -Emissionen reduzieren? Was halten Sie davon, Ihren SUV gegen einen Elektroroller einzutauschen? Warum das eine gute Idee sein könnte, erfahren Sie auf der Rückseite.
Clare Richardson Redaktion, Nickel
Nickel und Kohlendioxid
Beachtenswertes zum Thema Nickel
CO2-Abscheidung und -Speicherung Nickellegierungen sorgen für Aufsehen
CO2-Bilanz von Nickel Fragen und Antworten
Entsalzung Die Zukunft unseres Trinkwassers 12 Kohlendioxidabscheidung auf natürliche Weise Ultramafisches Gestein absorbiert CO2
Technische Fragen und Antworten
2.0
Ein besserer, leichter Elektroroller
Das Nickel Magazine ist eine Publikation des Nickel Institute. www.nickelinstitute.org
Dr. Hudson Bates, Verbandspräsident Clare Richardson, Chefredakteurin communications@nickelinstitute.org
Mitwirkende: Nancy Baddoo, Gary Coates, Richard Matheson, Francisco Meza, Mark Mistry, Geir Moe, Kim Oakes, Odette Ziezold
Entwurf: Constructive Communications
Das Textmaterial wurde zur allgemeinen Information des Lesers erstellt und sollte nicht als Grundlage für spezi sche Anwendungen verwendet werden, ohne dass vorher fachmännische Beratung eingeholt wurde. Obwohl das Textmaterial nach unserem besten Wissen korrekt ist, garantieren das Nickel Institute, seine Mitglieder, Mitarbeiter und Berater nicht seine Eignung für eine allgemeine oder spezi sche Anwendung und übernehmen keine Haftung oder Verantwortung irgendeiner Art im Zusammenhang mit den hierin enthaltenen Informationen.
ISSN 0829-8351
In Kanada von der Hayes Print Group auf Recyclingpapier gedruckt
Bildnachweise: Titelseite: iStock©peterschreiber.media S. 4 iStock©peterschreiber.media S. 7 iStock©VectorMine S 10. iStock©kynny S. 11 iStock©Nils Versemann
In dem Bestreben, eine präzise und minimalinvasive Diagnoseoption für Gehirntumore zu entwickeln, hat ein Team kanadischer Wissenschaftler einen ultrasensiblen nickelhaltigen Biosensor entwickelt, der von Tumoren gestreute Materialien in einer winzigen Blutprobe erkennen kann. Mit hochintensiven Laserstrahlen stellten die Forscher 3D-Nickel-Nickeloxid-Nanoschichten auf einem Nickelchip her, mit denen sie winzige Mengen an von Tumoren stammenden Stoffen, also z. B. Nukleinsäuren, Proteine und Lipide, feststellen konnten. Die Forscher konnten mit einer Spezifität von 100 % Gehirntumore von Brust-, Lungen und Dickdarmkrebs sowie – mit einem ähnlichen hohen Genauigkeitsgrad – primäre Gehirntumore von sekundären unterscheiden. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift ACS Nano veröffentlicht und könnten zu frühzeitigeren Diagnosen und besseren Behandlungsoptionen führen.
Forscher haben im Kampf gegen gefährliche Pilzinfektionen beträchtliche Fortschritte gemacht und nachgewiesen, dass chemische Verbindungen, die Spezialmetalle einschließlich Nickel enthalten, höchst wirksam sind. Mithilfe der Crowdsourcing-Community for Open Antimicrobial Drug Discovery (CO-ADD), die von der australischen University of Queensland gegründet wurde, testeten Dr. Angelo Frei und sein Team an der Universität Bern 21 hoch wirksame Metallverbindungen mit verschiedenen resistenten Pilzstämmen. „Viele wiesen eine gute Wirksamkeit gegen alle Pilzstämme auf und waren gegen Fungi bis zu 30 000 Mal aktiver als gegen menschliche Zellen“, erläutert Frei. „Wenn wir das volle Potenzial des Periodensystems nutzen, können wir vielleicht eine Zukunft verhindern, in der wir keine wirksamen Antibiotika und aktiven Wirkstoffe zur Verfügung haben, um Pilzinfektionen zu verhindern oder zu bekämpfen.“
Stellen Sie sich vor, Sie könnten in Ihrem Elektroauto nach einem 10-Minuten-Zwischenstopp weitere 400 km fahren. Forscher an der Pennsylvania State University haben nach Experimenten mit Nickelfolie zur Erwärmung von Lithium-Ionen-Akkus und der damit verbundenen Leistungssteigerung eine vielversprechende Lösung gefunden. Der leitende Autor und Akku-Ingenieur, Chao-Yang Wang und sein Team, arbeiteten mit einem Akku mit einer Reichweite von ca. 560 km. Sie konnten nachweisen, dass durch eine zusätzliche ultradünne Nickelfolie im Inneren der EV-Akku in 11 Minuten auf 70 % aufgeladen werden konnte, was einer Reichweite von ca. 400 km entsprach. Mit einer 75-%-Ladung in 12 Minuten wurden sogar rund 440 km geschafft. „Unsere Technologie ermöglicht kleinere, schneller aufladbare Akkus, die für die Massenproduktion in erschwinglichen Elektroautos eingesetzt werden können“, so Wang.
Eine amerikanische Fünf-Cent-Münze (umgangssprachlich als „Nickel“ bezeichnet), die 4,2 Millionen US-Dollar wert ist? Soviel bezahlte GreatCollections Coin Auctions dieses Jahr für den Walton 1913 Liberty Head Nickel. Ein Sprecher des Unternehmens verwies auf die in der gesamten US-Numismatik einmalige Geschichte der Münze. Es handelt sich bei ihr um eines von nur fünf Exemplaren der äußerst seltenen 1913 Liberty Head Nickel-Münze, deren Produktion 1912 eingestellt wurde. Es heißt, die fünf seltenen Stücke seien entweder aus Versehen geprägt oder von Samuel Brown, einem Mitarbeiter der US-Münzanstalt, absichtlich angefertigt und mitgenommen worden. 1924 verkaufte Brown die fünf Münzen, die seitdem ins Eigentum einiger der bekanntesten Namen in der Welt der Numismatik übergingen. GreatCollections zufolge kaufte Eliasberg die Nickel-Münze des Jahres 1913 als Teil einer drei Münzen umfassenden Transaktion im historischen Wert von sage und schreibe 13,35 Mio. US-Dollar.
Branchen weltweit versuchen, ihre Kohlendioxid-(CO2)-Emissionen zu reduzieren. Gleichzeitig soll verhindert werden, dass CO2 in die Atmosphäre freigesetzt wird. Hierbei kommt das Verfahren der Abscheidung zur Anwendung. Diese Technologien werden auch als CO2 -Abscheidung und -Speicherung (Carbon Capture and Storage, CCS) bezeichnet.
Um das ambitionierte Netto-Null-Ziel bei den von Menschen erzeugten Treibhausgasemissionen zu erreichen, erkundet das Nickel Institute – heute wie eigentlich schon immer –, welche Art von Beiträgen Nickel bei der erfolgreichen CCS-Bereitstellung leisten kann und wie wichtig Nickel dabei ist. Diese Bemühungen erstrecken sich auf die gesamte CCS-Wertschöpfungskette, von der reifen Kohlendioxidabscheidung über den Transport bis hin zur unterirdischen Einlagerung.
Höhere Güten erforderlich Korrosion und eine korrekte Materialwahl sind wichtige Aspekte bei der Entwicklung einer sicheren, zuverlässigen CCS-Infrastruktur und bei ihrem wirtschaftlichen Betrieb.
Temperaturen unter widrigen Bedingungen, die für Kohlenstoffstahl ebenfalls ungeeignet sind.
Der CO2 -Transport von der Kohlendioxidabscheidung bis zur unterirdischen Speicherung erfolgt in erster Linie über Pipelines, Schiffe, Lkw und Schiene.
Kohlendioxid wird verflüssigt, um es zum Abscheidungsort transportieren zu können. Die für den Transport von CO2 von der Kohlendioxidabscheidung zur unterirdischen Speicherung verwendete Ausrüstung erfordert ebenfalls nickelhaltigen niedriglegierten Stahl, Edelstahl oder Nickellegierungen.
Die Quest-Anlage für CO2 -Abscheidung und -Speicherung (Carbon Capture and Storage, CCS) in der Nähe von Edmonton, Alberta (Kanada). Seit der Eröffnung Ende 2015 hat die Anlage mehr als 6,8 Millionen Tonnen CO2 abgeschieden und 2 km unter der Erde sicher gespeichert.
Viele CSS-Prozesse laufen bei niedrigen Temperaturen und Vorhandensein von Meerwasser ab, was zu sauren Bedingungen und einem erhöhten Korrosionsrisiko führt. Kohlenstoffstahl ist somit nicht geeignet, und häufig sind nickelhaltige Edelstähle höherer Güte und Nickellegierungen erforderlich.
CO2 -Abscheidungen aus Gasen enthalten oft Wasser, das in der Regel aus Verbrennungsprozessen stammt. Die Prozesse finden entweder unter nassen, sauren Bedingungen statt oder erfordern ein vorheriges Trocknen, um CO2 abzuscheiden. Bei manchen kommt es zu hohen
Der Weg führt nach unten In unterirdische Speicher injiziertes CO2 ist in der Regel trocken und nicht korrodierend. Die Bohrstelle muss aber so konstruiert werden, dass die möglicherweise vorliegenden sauren Bedingungen, die zu Korrosion führen können, berücksichtigt werden.
Daten zur Bohrstellenkonstruktion in den USA und der EU zeigen, dass für eine kritische Bohrlochinfrastruktur bei vorhandenem Korrosionsrisiko normalerweise nickelhaltiger Edelstahl sowie Nickellegierungen eingesetzt werden. Die USA haben klare Richtlinien für den Entwurf von CO2 -Injektionsbohrlöchern und deren Bau vorgegeben, in denen die
Materialwahl betont wird, was erneut unterstreicht, wie wichtig Nickel bei der unterirdischen CO2 -Endlagerung ist.
Um die Materialauswahl für CCS-Prozesse zu unterstützen, entwickelt die Association for Materials Protection and Performance (AMPP) Richtlinien für die Materialauswahl und Korrosionskontrolle für CO²-Transport und Injektion, die angeben, wo nickelhaltige Materialien bevorzugt werden.
Die CCS-Wertschöpfungskette wird von vielen Branchen weiterhin evaluiert, aber es ist offensichtlich, dass es nur wenige Schritte gibt, für die kein nickelhaltiger niedriglegierter Legierungsstahl oder Edelstahl gebraucht wird oder keine Nickellegierungen erforderlich sind. Dies zeigt, wie wichtig Nickel bei der CCSImplementierung ist, um in den kommenden Jahren und Jahrzehnten das NettoNull-Ziel bei von Menschen erzeugten Treibhausgasemissionen zu erreichen.
• CO 2 -Rückgewinnung aus Abgas von Kohlekraftwerken, wobei das Gas mit SO 2 und Wasser kontaminiert ist, sodass ein saures Kondensat entsteht, das Kohlenstoffstahl korrodieren würde.
• Flüssige Lösungsmittel wie Amine absorbieren CO 2 aus dem Gasstrom. Dies kann zu sauren, korrosiven Bedingungen im CO 2 -Absorptionstank, im Flüssig-Amin-Fördersystem und im Abscheidebehälter führen, in dem das gereinigte CO 2 freigesetzt wird.
• Wiedergewinnungssysteme für feste Absorptionsmittel, z. B. TemperaturWechseladsorption (TSA), entfernen CO 2 ebenfalls aus dem Gasstrom, indem es mit dem Absorptionsmittel interagiert. Bei diesem Prozess liegen feuchte Bedingungen mit Temperaturen von 40 °C bis 100 °C vor, wodurch saure korrosive Umgebungen entstehen. Aufgrund der potenziellen Kohlensäurebildung sind die wichtigsten Risikobereiche der Trocknungsprozess, bei dem nickelhaltiger austenitischer Edelstahl zum Einsatz kommt, und das Vorabscheidungsgebläse, wo nickelhaltiger DuplexEdelstahl verwendet wird.
• Innovative Prozesse zur Verwendung und Abscheidung von CO 2 wie der Allam-Fetvedt-Stromerzeugungskreislauf, die nickelhaltige Legierungen für die CO 2 -Turbine und die Brennkammer verwenden, der Wärmetauscher und die Hochtemperatur-Rohrleitungen, mit denen diese beiden Komponenten verbunden werden.
Zusätzlicher WärmeInput
Beim Allam-Fetvedt-Vorgang werden Kohlenbrennstoffe in Wärmeenergie umgewandelt, während das dadurch generierte CO2 und Wasser abgeschieden werden.
Der Klimawandel löst weltweit große Sorge aus, und viele Stakeholder verlangen von Nickelherstellern Daten zur Kohlendioxidbilanz.
Warum? Kunden müssen das THG-Profil ihrer eigenen nickelhaltigen Produkte bewerten. Regulatorische Stellen möchten wissen, ob Produkte und Prozesse konform sind, und Handelsplattformen wie der London Metal Exchange benötigen Daten, welche die geforderte Transparenz ermöglichen. Darüber hinaus brauchen die Nickelhersteller selbst Daten, um Prozessverbesserungen erzielen zu können. All das setzt voraus, dass der Nickelsektor zuverlässige Lebenszyklusdaten generiert.
Dr. Mark Mistry ist auf regulatorische Entwicklungen mit wahrscheinlichen Auswirkungen auf die Nickelindustrie spezialisiert. Er trägt regelmäßig zur akademischen und wissenschaftlichen Debatte zur Lebenszyklus-Abschätzung sowie zu den Vorteilen der Anwendung und des Recyclings von Nickel bei. Außerdem leistet er wichtige Beiträge zur Entwicklung globaler Nachhaltigkeitsstandards.
Welche Verbindung besteht zwischen der CO2 -Bilanz und den Nickel-Lebenszyklusdaten? Lebenszyklusdaten beschreiben Prozesseingänge (wie Energie, Prozesschemikalien oder Wasser) und Prozessausgänge (wie Emissionen ins Wasser, in die Luft oder Abfall). Sie werden für jeden Schritt der Nickelproduktion erfasst. Lebenszyklusdaten sind die Grundlage einer Lebenszyklus-Wirkungsabschätzung (Life Cycle Impact Assessment, LCIA). LCIAs wandeln Ein- und Ausgänge in 15 „Umweltwirkungskategorien“ um. Die wichtigste davon sind die THG-Emissionen oder die CO2 -Bilanz. Bei einer LCIA wird die Prozessphase ermittelt, in der die stärksten oder schädlichsten Umweltauswirkungen eintreten.
Wie werden sie praktisch angewandt?
Mithilfe von Lebenszyklusdaten können Endanwender die Umweltauswirkungen eines Produkts bewerten. Die Ein- und Ausgänge von zwei Produkten, die die
gleiche Funktion erfüllen, können miteinander verglichen werden. Nickelhaltige EV-Akkutechnologien z. B. können mit einem klassischen Verbrennungsmotor verglichen werden, um die Umweltauswirkungen von beiden während des gesamten Lebenszyklus zu ermitteln. Lebenszyklusdaten werden von Nickelherstellern auch zum Erzielen von Prozessverbesserungen genutzt.
Warum sind Standards für die Lebenszyklus-Wirkungsabschätzung wichtig?
Alle THG-Berechnungen müssen solide sein und auf dem international vereinbarten LCA-Standard (ISO 14044) basieren. Ein einheitlicher Ansatz ist notwendig, um sicherzustellen, dass die Datenanforderungen und die Lebenszyklusdaten für Nickelhersteller auf der gleichen Grundlage zusammengestellt werden und daher vergleichbar sind.
Werden diese Daten regelmäßig aktualisiert?
Mehrere Parameter wirken sich auf die
Lebenszyklusdaten aus. Dazu gehören Erzgüten und die Anwesenheit von Nebenprodukten, Veränderungen des Abbauverfahrens, die jeweils angewandte Prozesstechnologie, Energieversorgung und Technologie-Aktualisierungen oder Investitionen in Emissionsreduzierung oder -prävention. Diese Faktoren können sich in relativ kurzer Zeit ändern und sich signifikant auf die Ergebnisse einer Lebenszyklus-Wirkungsabschätzung auswirken. Lebenszyklusdaten müssen daher regelmäßig aktualisiert werden. In der Regel werden die Daten alle fünf Jahre aktualisiert, aber Kunden und nachfolgende Anwender erfordern oft noch häufigere Updates.
Wie kann Nickel mit anderen Metallen verglichen werden?
In der Lebenszyklus-Community stimmt man überein, dass ein Vergleich anhand
einer „Funktionseinheit“ erfolgen sollte, und nicht aufgrund des Materials. Nickel wird oft als Legierungselement eingesetzt. Ein aussagekräftiger Vergleich mit anderen Materialien müsste anhand einer vereinbarten Funktionseinheit erfolgen, z. B. eines Fensterrahmens einer bestimmten Größe oder eines Rohres, durch das ein bestimmter Stoff über eine bestimmte Entfernung befördert wird. Variiert die Qualität von Nickel-Lebenszyklusdaten?
Datenberater bieten CO2 -Bilanz-Datenmodelle an, die wegen des Mangels an Daten auf Annahmen und oft auch auf Schätzungen beruhen. Die Ergebnisse dieser Modelle unterscheiden sich oft beträchtlich von den CO2 -Bilanzdaten des Nickel Institute, die auf von Unternehmen bereitgestellten verifizierten Zahlen basieren und nach einem global vereinbarten Standard berechnet und unabhängig bestätigt werden.
How to determine GHG emissions (Wie Treibhausgas-Emissionen bestimmt werden) Das Nickel Institute hat einen Leitfaden für Nickelhersteller veröffentlicht, um diesen bei der Berechnung ihrer Treibhausgas-Emissionen zu helfen. Dieser Leitfaden berücksichtigt die Komplexität der Nickelproduktion und stellt wissenschaftlich belastbare und zuverlässige Daten bereit, die branchenweite Vergleiche ermöglichen.
Lebenszyklus-Wirkungsabschätzungen ermöglichen Vergleiche der THG-Emissionen von Elektroautos während des gesamten Lebenszyklus mit denen von Autos mit klassischen Verbrennungsmotoren.
Warum sind Stakeholder an der CO2 -Bilanz von EV-Akkus interessiert?
Elektrofahrzeuge sind für eine umweltfreundliche, nachhaltige und dekarbonisierte Mobilität von kritischer Bedeutung. Manchen Studien zufolge emittieren EVs aber genauso viele oder sogar noch mehr Treibhausgase als Autos mit klassischen Verbrennungsmotoren. Die CO2 -Bilanz von Akkus ist ein wichtiger Faktor für die THG-Emissionen von EVs insgesamt und wird von verschiedenen Stakeholdern ganz genau unter die Lupe genommen. Lebenszyklus-Wirkungsabschätzungen ermöglichen, dass die THG-Emissionen von Elektroautos während des gesamten Lebenszyklus mit denen von Autos mit Verbrennungsmotoren verglichen werden können. Akkus tragen auch stark zur EV- CO2 -Bilanz bei, und alle Rohmaterialien und Prozesse, die zur Herstellung eines EV-Akkus erforderlich sind, müssen eingehend beurteilt werden. Lebenszyklusdaten bieten die Grundlage für die Berechnung der CO2 -Bilanz des EV-Akkus.
Wie relevant ist Nickel für die CO2 -Bilanz eines Elektrofahrzeugs?
Nickel macht ca. 9 % der Gesamt- CO2Bilanz eines NMC 111-EV-Akkus aus. Der Beitrag der bei der Akkuherstellung verbrauchten Elektrizität und des Aluminiums für die Gehäuseherstellung ist noch viel signifikanter.
Sind Edelstahlhersteller an NickelLebenszyklusdaten interessiert?
Das Sammeln und Bereitstellen unternehmensspezifischer Lebenszyklusdaten ist eine rechtliche Verpflichtung von immer größerer Relevanz. Der CO2 -Grenzausgleichsmechanismus der EU beispielsweise gibt vor, dass die CO2 -Bilanz von Edelstahl beim Import in die EU zur Bestimmung der Anzahl der zu erwerbenden Kohlendioxid-Zertifikate verwendet wird. Für Edelstahlhersteller, die ihre CO2 -Bilanz deklarieren, werden die Daten auch in Umweltproduktdeklarationen (Environmental Product Declarations, EPDs) aufgenommen.
Unterscheidet sich die CO2 -Bilanz für verschiedene in der Edelstahlherstellung eingesetzte Nickelprodukte?
Nickel Pig Iron, Ferronickel und Nickelmetall sind die wichtigsten nickelhaltigen Eingangsmaterialien für die Edelstahlherstellung. Ihre CO2 -Bilanz kann zwischen den Herstellern mit den niedrigsten und denen mit den höchsten THG-Emissionen um einen Faktor von mehr als 30 variieren. Die Wahl des bei der Edelstahlproduktion verwendeten Nickelprodukts wirkt sich daher maßgeblich auf die CO2 -Bilanz von Edelstahl aus.
Ist Edelstahl aus Altmetall umweltfreundlicher, weil er eine bessere CO2 -Bilanz aufweist?
Recycling ist generell bedeutend, um die erwünschte Nachhaltigkeit zu erzielen. Durch das Recycling wird eine Entsorgung auf der Deponie verhindert, die Nachfrage nach primären Rohmaterialien reduziert und die Ressourceneffizienz gesteigert. Außerdem werden Arbeitsplätze in kleinen und mittelständischen Unternehmen geschaffen, die in der Sammlung und Wiederaufbereitung tätig sind. Bei der Lebenszyklus-Modellierung wird oft ein sog. „Cutoff“-Ansatz für das Einschließen von Sekundärmaterialien angewandt. Bei diesem Ansatz ist Altmetall als Eingangsmaterial frei von Umweltauswirkungen. Der „End of Life“Ansatz hingegen verteilt die Umweltauswirkungen aus der Primärproduktion auf die Anzahl der Lebenszyklen eines Materials. Die Anwendung von „End-ofLife“-Ansätzen entspricht eher den CO2 -Bilanzen von Primär- und recycelten Metallen.
Das Nickel Institute hat einen Leitfaden erstellt, um Nickelhersteller bei der Berechnung ihrer Treibhausgasemissionen zu unterstützen. How to determine GHG emissions from nickel metal class 1 production (Bestimmung von THG-Emissionen aus der Herstellung von Nickelmetall der Klasse 1) steht auf der Website des Nickel Institute als Download zur Verfügung. www.nickelinstitute.org
Nach Schätzungen der Vereinten Nationen werden bis 2025 1,8 Milliarden Menschen in Ländern oder Regionen mit akuter Wasserknappheit leben. Zwei Drittel der Erdbevölkerung werden wahrscheinlich mit Stressbedingungen zurechtkommen müssen.
Weil der Druck, die Trinkwasserversorgung langfristig zu sichern, weiter zunehmen wird, werden immer mehr Entsalzungsanlagen gebaut. Nickelhaltige Materialien sind von entscheidender Bedeutung, um einen störungsfreien, langen Betrieb zu gewährleisten, weil die Prozesse zur Umwandlung von Meer- und Brackwasser besonders korrosionsanfällig sind, wenn keine geeigneten Materialien eingesetzt werden.
Der Schlüssel für langfristig erfolgreiche Lösungen, die die Nachfrage decken, sind nachhaltige Entsalzungsoptionen. In technischer Hinsicht wird zwischen zwei Haupttypen unterschieden: Membran(Umkehrosmose-) und thermischen Verfahren (Mehreffekt- und mehrstufige Entspannungsverdampfung).
Bei thermischen Entsalzungsverfahren wird Meerwasser verdampft. Diese Prozesse sind gegebenenfalls energieaufwändiger und teurer als Umkehrosmose-Verfahren, und sie haben folgenreichere Umweltauswirkungen. Die Umkehrosmose-Entsalzung wurde Ende der 1950er Jahre entwickelt und nutzt das Osmoseprinzip. Dabei wird selektiv Chlor entfernt, indem das Wasser bei
hohem Druck durch halbdurchlässige Membranen gedrückt wird. Aufgrund ihrer hohen Skalierbarkeit, die die Nutzung derartiger Anlagen durch einzelne Hotels, aber auch durch ganze Großstädte ermöglicht, ist die Umkehrosmose heute die bevorzugte Option.
In Umkehrosmose-Anlagen können verschiedene Komponenten aus Super-Duplex S32750 oder S32760 bestehen, z. B. Meerwasserzuläufe, Siebe, Scheiben für Drosselklappen und Rohrleitungen im Hochdruckabschnitt. Pumpengehäuse in den Nieder- und Hochdruckkomponenten des Systems können aus Super-Duplex J93380 und J93404 gegossen werden. Instrumentenleitungen zur Überwachung des Prozesses können ebenfalls aus Super-Duplex, Edelstählen mit 6 % Mo wie S31254, N08367 oder N08926 und 90/10 Cu/Ni (C70600) bestehen.
Die Publikation Materials selection for desalination plants – 11029 (Materialauswahl für Entsalzungsanlagen) des Nickel Institute kann auf unserer Website kostenlos heruntergeladen werden: www.nickelinstitute.org
Hochdruck-Rohrleitungen aus Super-Duplex-Edelstahl in der Meerwasser-Umkehrosmose(SWRO)-Entsalzungsanlage im australischen Queensland. Duplex- und Super-Duplex-Edelstähle sind aufgrund ihrer Kombination von hoher Festigkeit und hervorragender Korrosionsbeständigkeit in den meisten Umkehrosmose-Anlagen weltweit die Standardmaterialien für Hochdruck-Rohrleitungen.
Die Victorian Desalination Plant im australischen Bundesstaat Victoria wurde 2012 abgeschlossen und hat einen geschätzten Output von 410 Megalitern Wasser täglich.
Viele Unternehmen haben öffentlich angekündigt, bis oder vor 2050 CO2 -neutral zu werden, was für viele von ihnen eine beachtliche Herausforderung darstellen dürfte. Eine Möglichkeit, eine neutrale CO2 -Bilanz zu erzielen, besteht in der Abscheidung von Kohlendioxid, das bei Prozessen wie dem Verbrennen von Kraftstoffen entsteht oder sich in der Atmosphäre ansammelt. Das abgeschiedene CO2 kann in einem weiteren Prozess eingesetzt oder permanent eingelagert werden, sodass es nicht freigesetzt werden kann. Es gibt viele geplante und bereits in Betrieb befindliche Prozesse zum Abscheiden von Kohlendioxid und für die nachfolgende Sequestrierung. Die meisten von ihnen sind in Bau und Betrieb recht teuer.
Was wäre, wenn es eine reichlich und natürlich vorkommende Substanz gäbe, die mit CO2 in der Luft reagiert, um einen Stoff zu bilden, der über Tausende von Jahren einfach und sicher eingelagert werden kann? Manche Bergbau-Unternehmen haben diese Option.
Ultramafisches Gestein absorbiert CO2
Im Bergbau sind die zu fördernden Mineralien oft mit anderen Mineralien vermischt, dem sog. tauben Gestein. In einem Bergwerk wird das Gestein zermahlen, um die Nutzmineralien zu
Forschungsarbeiten im Nickel West Mount Keith-Nickelbergwerk von BHP zeigen, dass der Abraum eines Jahres derzeit ca. 40 000 Tonnen CO2 abscheidet. Potenziell können aber 4 Millionen Tonnen abgeschieden werden.
gewinnen. Der Rest wird als Abraum deponiert. Wenn der Abraum aber aus ultramafischem Gestein besteht (dies ist der allgemeine Begriff für verschiedene Mineralien mit relativ hohem Magnesiumund niedrigem Siliziumanteil), absorbiert er langsam CO2 aus der Atmosphäre und wandelt dieses in eine stabile und feste Karbonatverbindung um. In anderen CO2 -Speichertechnologien wird gasförmiges Kohlendioxid in die Erde gepumpt und verbleibt dort als Gas, während CO2 hier in einen festen chemischen Stoff umgewandelt wird, der Tausende von Jahren in dieser Form bestehen bleibt. Serpentin, ein Magnesiumsilikathydroxid, ist z. B. ein solches ultramafisches Gestein, das häufig im Abraum zu finden ist. Es reagiert auf natürliche Weise mit Kohlendioxid in der Luft und bildet Magnesiumkarbonat.
Passive KohlendioxidMineralisierung Forschungsarbeiten im BHP-Bergwerk Nickel West Mount Keith in Westaustralien haben gezeigt, dass Abraum von einem Jahr derzeit ohne besondere Weiterverarbeitungsprozesse ca. 40 000 Tonnen CO2 abscheidet. Dies wird als passive Kohlenstoffmineralisierung bezeichnet. Dieser Abraum hat aber die Kapazität, 4 Millionen Tonnen CO2 abzuscheiden, wobei die natürliche Reaktionsgeschwindigkeit sehr gering ist. Auf ähnliche Weise geht aus einem Bericht für das Nickel-Kobalt-Bergwerk von Dumont im kanadischen NordQuebec hervor, dass über die projizierte Betriebszeit des Bergwerks von 33 Jahren 21 000 Tonnen CO2 pro Jahr abgeschieden werden könnten.
Derzeit finden Laborversuche statt, um zu erkennen, wie die Reaktion beschleunigt werden kann. Durch derartige Verfahren könnten viele Bergwerke nicht nur kohlenstoffneutral werden, sondern sogar kohlenstoffnegativ. Für Förderunternehmen, die Metalle für Elektrofahrzeug-(EV)-Akkus abbauen, ist dies von besonderer Bedeutung. EV-Käufer ziehen es vor, wenn die Akkukomponenten auf sozial und ökologisch verantwortungsvolle Weise hergestellt wurden.
Ein Unternehmen, das auf eine negative Kohlendioxidbilanz hinarbeitet, ist Canada Nickel. Seine diesbezüglichen Bemühungen zeigen sich in seinem geplanten Crawford Project, einem Nickel-Kobaltsulfid-Bergwerk in der Nähe von Timmins in Ontario, Kanada. Es hat einen neuartigen Prozess entwickelt, den das Unternehmen als In Process Tailings Carbonation (etwa: prozessintegrierte Abraumkarbonisierung) bezeichnet, der das CO2 im Prozesskreislauf korrigieren würde. Dabei wird eine konzentrierte CO2 -Quelle, beispielsweise aus der Stromerzeugung aus Erdgas, eingesetzt. Dazu Mark Selby, Chairman und CEO of Canada Nickel: „Diese Laborversuche erweitern unsere Kenntnisse der Operationalisierung dieses Prozesses, um ein Nickelbergwerk in einen Nettoerzeuger von Kohlenstoffgutschriften zu verwandeln, anstatt Kohlendioxidemissionen zu erzeugen.“
Bei anderen Nickelprojekten wird auf ähnliche Weise an der Beschleunigung der Reaktionsgeschwindigkeit gearbeitet. FPX Nickel führte Tests an Abraum aus dem geplanten Baptiste Project in der Zentralregion von British Columbia, Kanada, durch. „FPX ist sehr stolz darauf, eine Spitzenposition bezüglich der Anwendung von Grundlagenwissenschaften zur Evaluierung des Potenzials für die permanente CO2 -Abscheidung und Speicherung in der Bergbauindustrie einzunehmen“, sagte Martin Turenne, President und CEO von FPX. Giga Metals finanziert Forschungsarbeiten, um zu bestimmen, wie Abraum aus dem geplanten Bergwerk Turnagain in British Columbia für die CO2 -Abscheidung genutzt werden kann.
Der Erdmantel besteht aus ultramafischem Gestein und hat ein riesiges CO2 -Abscheidungspotenzial. Während in diesem Artikel nur Nickelbergwerke behandelt werden, kann die natürliche Kohlenstoffabsorption von ultramafischem Gestein von vielen verschiedenen Arten von Förderunternehmen weltweit genutzt werden.
Der Erdmantel besteht aus ultramafischem Gestein und hat ein riesiges CO2 -Abscheidungspotenzial.
Geir Moe P.Eng. ist der Technical Inquiry Service Coordinator beim Nickel Institute. Zusammen mit anderen Werkstoffexperten in aller Welt hilft Geir Moe Endanwendern und Spezifikateuren von nickel-haltigen Materialien, die technische Unterstützung benötigen. Das Team steht bereit, um kostenlose technische Beratungsleistungen zu einer breiten Palette von Anwendungen wie Edelstahl, Nickellegierungen und Vernickelung anzubieten, damit Nickel bedenkenlos eingesetzt werden kann. https://inquiries.nickelinstitute.org/
FF: Bei mir sind Beschwerden von einem Kunden eingegangen, der Töpfe, Pfannen und Waschbecken im Zugverfahren mit Typ 304L (UNS S30403) herstellt. Beim Formen ist das Material noch in Ordnung, aber nach einiger Zeit treten Risse auf.
AA: Nickelhaltiger Edelstahl des Typs 304L, der eine austenitische Mikrostruktur aufweist, ist metastabil. Das bedeutet, dass er aufgrund der plastischen Verformung etwas Martensit bildet (auch als Verformungsmartensit bezeichnet). Diese alternative Mikrostruktur ist weniger leitfähig und bildet sich in Bereichen, die kaltgewalzt wurden. Sie ist gegenüber Rissen durch im Edelstahl vorhandenen Wasserstoff anfällig. Aufgrund des Kaltwalzens wird Wasserstoff in den Martensit diffundiert und verursacht letztendlich Risse oder Sprünge. Diese Diffusion dauert etwas, weshalb sich die Rissbildung verzögert. Die Rissanfälligkeit des Edelstahls hängt stark von seiner Zusammensetzung ab. Höhere Nickelanteile und ein
niedrigerer Kohlen- und Stickstoffgehalt können eine Rissbildung verhindern. Edelstähle mit höherem Nickelgehalt wie 305 (S30500) und 316L (S31603) weisen Mikrostrukturen auf, die stabiler sind und deshalb der Bildung von Verformungsmartensit widerstehen. Dadurch tritt bei ihnen keine verzögerte Rissbildung auf.
ABONNIEREN Sie das Nickel Magazine kostenlos und erhalten Sie eine Druckversion oder eine Ankündigung per E-Mail, wenn eine neue Ausgabe online verfügbar ist. www.nickelinstitute.org
LESEN Sie das Nickel Magazine online in verschiedenen Sprachen. www.nickelinstitute.org/library/
DURCHSUCHEN Sie ältere Ausgaben des Nickel Magazine in unserem Online-Archiv, das Exemplare enthält, die bis ins Jahr 2009 zurückreichen. www.nickelinstitute.org/library/
FOLGEN SIE UNS auf Twitter @NickelInstitute BESUCHEN SIE UNS auf der LinkedIn-Seite des Nickel Institute.
SCHAUEN Sie sich Videos zum Thema „Nickel“ auf dem YouTube-Kanal des Nickel Institute an. www.youtube.com/user/NickelInstitute
Dieses Phänomen ist auch bei Edelstählen der Serie 200 mit höherem Mangangehalt zu beobachten. Mangan ist ebenfalls ein Austenit-Stabilisator und wird in Kombination mit einem niedrigeren Nickelgehalt eingesetzt. Bei der Stabilisierung der Austenitphase, wenn Chrom anwesend ist – ein sehr starker Ferrit-Stabilisator –, ist Mangan aber weniger effektiv. Daher muss bei diesen austenitischen Edelstählen mit niedrigem Nickelgehalt der Chromgehalt reduziert werden, was sich negativ auf die Korrosionsbeständigkeit auswirkt. Trotzdem neigen sie aufgrund der plastischen Verformung zur Martensitbildung. Eine reduzierte Korrosionsbeständigkeit und die Gefahr einer verzögerten Rissbildung sind Faktoren, die die Anwendung von austenitischen Edelstählen der Serie 200 mit niedrigem Nickelgehalt einschränken.
Materials selection for desalination plants (11029) (Materialauswahl für Entsalzungsanlagen) ist eine neue Publikation, in der die Anwendung verschiedener metallischer Materialien, insbesondere nickelhaltiger Materialien, für die Meerwasser-Entsalzung besprochen wird. Es werden drei Prozesse der Entsalzung präsentiert: die mehrstufige Entspannungsverdampfung (Multi-Stage Flash, MSF), die Multi-Effekt-Entsalzung (MED) und die neuere Meerwasser-Umkehrosmose (Sea Water Reverse Osmosis, SWRO). SWRO wird in letzter Zeit bevorzugt, weil dieses Verfahren modularisiert werden kann und eine einfache Expansion ermöglicht, die Wassererzeugung leicht je nach Bedarf gesteuert werden kann, das Verfahren mit erneuerbaren Energien betrieben werden kann (Solar und Wind) und die Kosten zur Wassererzeugung in der Regel niedriger sind.
Das Nickel Institute hat mehr als 90
Artikel aus dem Nickel Magazin aktualisiert, in denen wichtige Anwendungen nickelhaltiger Materialien beschrieben werden.
Alle Publikationen können unter www.nickelinstitute.org kostenlos heruntergeladen werden.
Nickel für die Zukunft sichern
In diesem kurzen Video beantwortet Dr. Mark Mistry vom Nickel Institute häufig gestellte Fragen zum Thema Nickel. Gibt es genug Nickel, um den zukünftigen Bedarf zu decken? Können sowohl Laterit- als auch schwefelhaltige Erze für Akkus verwendet werden? Ist Nickel ein kritischer Rohstoff? Was ist der Unterschied zwischen Nickelreserven und -ressourcen? Was ist der neueste Stand beim Recycling und welchen Herausforderungen muss die Branche in der Zukunft begegnen? Das Video ist auf dem YouTube-Channel und der Website des Nickel Institute abrufbar.
J93404 S. 11 - - 0,03 max. - 24,026,0 - Rest 1,50 max. 4,0–5,0 0,10–0,30 - 6,0–8,0 0,04 max. 0,04 max. 1,00 max. - -N07718 S. 2 0,020–0,080 0,006 max. 0,08 max. 1,0 max. 17,0 21,0 0,30 max. Rest 0,35 max. 2,80–3,30 - 4,75–5,25 50,0–55,0 0,015 max. 0,015 max. 0,35 max. 0,65–1,15 -N08367 S. 11 - - 0,030 max. - 20,0–22,0 0,75 max. Rest 2,00 max. 6,00–7,00 0,18–0,25 - 23,5–25,5 0,040 max. 0,030 max. 1,00 max. - -N08926 S. 11 - - 0,020 max. - 19,0–21,0 0,50–1,50 Rest 2,00 max. 6,00–7,00 0,15–0,25 - 24,026,0 0,030 max. 0,010 max. 0,50 max. - - -
S30100 S. 16 - - 0,15 max. - 16,0–18,0 - Rest 2,00 max. - 0,10 max. - 6,08,0 0,045 max. 0,030 max. 1,00 max. - - -
S30403 S. 14 - - 0,03 max. - 18,0–20,0 - Rest 2,00 max. - - - 8,0–12,0 0,045 max. 0,030 max. 1,00 max. - - -
S30500 S. 14 - - 0,12 max. - 17,0–19,0 - Rest 2,00 max. - - - 10,0–13,0 0,045 max. 0,030 max. 1,00 max. - - -
S31254 S. 11 - - 0,020 max. - 19,5–20,5 0,50–1,00 Rest 1,00 max. 6,06,5 0,180,22 - 17,5–18,5 0,030 max. 0,010 max. 0,80 max. - - -
S31603 S. 2, 14 - - 0,030 max. - 16,018,0 - Rest 2,00 max. 2,00–3,00 - - 10,0–14,0 0,045 max. 0,030 max. 1,00 max. - - -
S32205 S. 2 - - 0,030 max. - 22,0–23,0 - Rest 2,00 max. 3,00–3,50 0,140,20 - 4,50–6,50 0,030 max. 0,020 max. 1,00 max. - - -
S32750 S. 11 - - 0,030 max. - 24,026,0 - Rest 1,20 max. 3,05,0 0,240,32 - 6,08,0 0,035 max. 0,020 max. 0,80 max. - - -
S32760 S. 11 - - 0,030 max. - 24,026,0 0,50–1,00 Rest 1,00 max. 3,04,0 0,20–0,30 - 6,08,0 0,030 max. 0,010 max. 1,00 max. - 0,50–1,00 -
Der leichte Roller aus kaltgewalztem Edelstahl Forta 301 (UNS S30100) von Outokumpu wird von einem Lithium-Akku angetrieben und hat eine dreimal bessere CO2 -Bilanz als andere Roller.
Wir haben es hier mit einer Art von „industriellem Origami“ zu tun, wobei Roboter einzelne Edelstahlbleche zu Motorrädern und -rollern falten. STILRIDE, ein Start-up-Unternehmen mit Sitz in Schweden, hat einen leichtgewichtigen Elektroroller mit einer optimalen CO2-Bilanz entwickelt. Das erste Produkt des Unternehmens, der seit Jahren in der Entwicklung befindliche Sport Utility Scooter One (SUS1), wird Ende 2022 auf den Straßen zu bestaunen sein.
Die Unternehmensgründer Jonas Nyvang und Tue Beijer führten mit ihrem Team ein Verfahren zur Entwicklung und Konstruktion von Fahrzeugen aus Stahlblech als Rohmaterial vor. Die dabei angewandte proprietäre Technologie heißt STILFOLD. Unter Missachtung der der Tradition verhafteten Standardansicht setzen sie robotisches Industrie-Origami ein, um den Eigenschaften und der geometrischen Natur des Materials entsprechend aus Metallblech bestimmte Formen zu falten. Biegefalten ist eine etablierte Methode, wird in der Produktion aber nur selten eingesetzt. Herkömmliche Roller bestehen
aus einem Rohrrahmen und Kunststoffkörper, während das Chassis des SUS1 aus einem einzigen Edelstahlblech geformt wird, das geschnitten und gefaltet wird. Dem Unternehmen zufolge kann dieses Verfahren die Umweltauswirkungen der Produktion im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungstechniken erheblich reduzieren, weil weniger Rohmaterialien und Komponenten erforderlich sind. Das Ziel bestand darin, den attraktivsten und umweltfreundlichsten Elektroroller der Welt zu schaffen. Das Ergebnis: unkonventionelle, straßenfähige Kunst für moderne Rollerfans.
