Od metanu do grafitu – jak uniezależnić USA od Chin?

• Molten Industries produkuje grafit i wodór z metanu przy użyciu pirolizy, bez emisji CO2.
• Proces ten wspiera dekarbonizację przemysłu i skraca łańcuch dostaw grafitu w USA.
• Firma jest wspierana przez Breakthrough Energy Ventures i buduje komercyjny reaktor w Oakland.

Kto i po co?

Start-up Molten Industries z siedzibą w West Oakland pracuje nad procesem, który ma skrócić łańcuch dostaw grafitu i przyczynić się do dekarbonizacji przemysłu. Opierają się na czymś, co w Stanach Zjednoczonych jest tanie i dostępne w dużych ilościach - gazie ziemnym. Firma opracowała specjalistyczną technikę rozkładu metanu na grafit i wodór, z których ten drugi może być wykorzystywany jako źródło czystej energii. Przedsięwzięcie jest częściowo finansowane przez Breakthrough Energy Ventures Billa Gatesa. 

Grafit nie był dużą częścią wizji start-upu, kiedy został założony w 2021 roku. “Początkowo skupialiśmy się na produkcji jak najtańszego wodoru z możliwie najbardziej energooszczędnym reaktorem” - powiedział Kevin Bush współzałożyciel i dyrektor generalny Molten Industries. “Po drodze doszliśmy do wniosku, że możemy faktycznie wytwarzać grafit klasy akumulatorowej, a nie tylko amorficzną sadzę węglową”.

Na podjęcie takiej decyzji wpłynął fakt, że grafit jest podstawowym materiałem anodowym w akumulatorach litowo-jonowych, które zasilają wszystko od smartfonów po samochody elektryczne. Jest to największy materiał pod względem masy w akumulatorze, stanowiący nawet do jednej czwartej zawartości mineralnej akumulatora. 

W celu uniknięcia problemów z importem

Istniejąca produkcja grafitu do akumulatorów jest procesem energochłonnym i szkodliwym dla środowiska. Chiny są największym na świecie producentem i eksporterem krystalicznego węgla. To również w tym kraju odbywa się większość przetwarzania anod grafitowych. Duże firmy motoryzacyjne są spragnione taniego, niezawodnego, krajowego grafitu ze względu na problemy z międzynarodowym łańcuchem dostaw, w dużej mierze kontrolowanego przez Chiny.

Koszty frachtu były odczuwalnie wyższe w trakcie pandemii, czy tymczasowego ograniczenia eksportu w Chinach. Wzbudziło to obawy w Stanach Zjednoczonych jak i innych krajach dotyczące ryzyka polegania w dużej mierze na jednym źródle cennego materiału. Dlatego zwiększenie produkcji krajowej jest kluczowym elementem amerykańskiej polityki. W 2022 r. administracja Bidena powołała się nawet na ustawę o produkcji obronnej, aby sfinansować przemysł.

Technologia

Molten Industries, aby wytworzyć grafit opierają się na pirolizie. Technika ta polega na podgrzewaniu metanu w bardzo wysokich temperaturach, aż rozpadnie się on na węgiel i wodór. Do podgrzewania używają odnawialnej energii elektrycznej. Proces, jeśli przeprowadzany jest bez obecności tlenu i wody, powoduje rozszczepienie metanu bez emisji CO2. Dodatkowo metan, z którego korzystają pozyskiwany jest w sposób odpowiedzialny z certyfikowanego niskoemisyjnego gazu ziemnego i strumieni odpadów, takich jak gospodarstwa mleczne, oczyszczalnie ścieków i składowiska odpadów. Prowadzi to do powstania wodoru i grafitu, które są neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla lub ujemne pod względem emisji dwutlenku węgla, jak piszą na swojej stronie internetowej.

Konkurencja

Istnieją również inne firmy zajmujące się pirolizą, ale większość z nich tworzy sadzę lub inne produkty węglowe, których nie można wykorzystać do produkcji baterii. Firmy te często polegają również na ogrzewaniu mikrofalowym lub plazmowym, technikach, które mogą być bardzo energochłonne. Dla kontrastu, reaktor Molten jest jak toster: wykorzystuje ogrzewanie rezystancyjne, które jest wydajne, jak mówi Kevin Bush.

Molten twierdzi, że ich grafit będzie konkurencyjny cenowo w stosunku do innych źródeł. Mają również nadzieję, że klienci będą chcieli grafitu syntetycznego o niższej emisji niż innych dostępnych na rynku. Te drugie wytwarzane są poprzez obróbkę surowców opartych na paliwach kopalnych w procesie, który emituje gazy cieplarniane i zanieczyszczenia powietrza. Jedynymi potencjalnymi źródłami emisji w procesie Molten jest produkcja gazu ziemnego wykorzystywanego jako surowiec lub energia elektryczna z sieci zasilającej pirolizę.

Perspektywy

Molten zbudował pilotażowy reaktor w Oakland i buduje w pełni komercyjną jednostkę wielkości kontenera transportowego, który Bush spodziewa się uruchomić w przyszłym roku. Jednostka ta będzie produkować 500 kg wodoru i 1500 kg grafitu dziennie.

Nie wiadomo jednak, czy w najbliższych dekadach będzie na nie popyt. Inne materiały takie jak krzem, lit i twardy węgiel mogą zacząć konkurować z grafitem jako domyślnym materiałem w anodach akumulatorów, według BloombergNEF. Zmiana ta może potencjalnie zmniejszyć popyt o połowę do 2035 roku.

Również rynek wodoru może napotykać trudności ze względu na wysokie koszty jego produkcji i wykorzystania oraz niepewność polityczną.

Źródła: financialpost, moltenindustries.com