在零排放的道路上:采矿业如何正致力于无气化表面挖掘

由Michael Bobotis|5月7日,2021年

在对全球变暖的最新特别报告中,科学家预测,我们地球的温度可能由1.5℃上升到高于工业化前水平只有12年。我们已经看到了今天变暖的1°C的后果:更极端的天气活动,如洪水和干旱;增加北极雪融化升高海平面,威胁低洼的栖息地;和上升的海洋温度导致酸度和珊瑚漂白。

联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)已表示将全球温度升至1.5°C的限制将需要社会各个方面的快速,深远和前所未有的变化。根据IPCC的模型预测特别报告:全球变暖为1.5°C,全球人类学(人造成的)CO2到2030年,排放量需要下降45%,到2050年达到净零排放。

实现净零碳排放的道路是一个全球性的、多部门的挑战,制定实现这一目标的路线图需要行业承诺、创新和新的技术解决方案。在矿业实现脱碳路线图的挑战需要根据业务进行调整,解决脱碳的关键支柱:能源效率、混合动力、微电网集成、替代汽车、矿山设计和对替代能源的过程适应。具体来说,需要解决的一个关键挑战是对柴油的依赖。

采矿船队是该行业现场温室气体(GHG)排放的主要来源之一。露天矿的移动采矿设备最多占现场温室气体排放的30%,如果矿山没有连续的冶炼或炼油设施,则占80%。大型采矿运输车的温室气体排放量占地表移动车队总排放量的50%以上。

2018年,国际矿业和金属委员会(ICMM)发起了清洁更安全的车辆创新(ICSV)该倡议汇集了27家世界领先的采矿公司和19家原始设备制造商,以加速新一代采矿车辆开发的创新,并改进现有车辆。ICMM的目标是减少温室气体排放、柴油颗粒物排放和车辆相互作用,以提高安全性。ICSV计划的目标是到2040年实现无温室气体地表采矿车辆,解决Scope 1排放的主要来源,即来自自有或受控源的直接排放(即地表采矿车队的排放)。

我们怎么去那里?

与ICSV工作组合作,我们最近完成了一项研究以帮助定义前进的方式。该研究的目的是确定实现途径,以实现ICMM的零排放表面牵引卡车的目标。为此,我们评估了七种类型的矿业应用,代表ICMM成员公司表面采矿业务/运输概况和分析的技术,可以支持减少温室气体排放。

随着不同地表作业类型的矿业公司继续加强其对气候行动的承诺,多学科和跨部门的团队方法对于提供脱碳途径指导至关重要。我们的方法将工程和采矿知识与技术识别和评估、投资和商业规划机会、可持续融资、咨询和环境/社会影响最佳实践相结合。

在该研究的第一阶段,开发了一种静态能量轮廓模拟模型。该型号使得在采矿运输卡车的全部占空比中的能耗和温室气体排放的分析,以实现以下七种表面挖掘应用:

  1. 长期拖运(长达30公里)
  2. 短平拖运(最多5公里)
  3. 下坡长拖拉
  4. 羽毛长拖拉
  5. 下坡短拖拉
  6. 上坡短暂拖拉
  7. 拖运(最多5公里)

一旦为每个应用程序开发了配置文件,重要的是要确定温室气体减排技术的现状和未来的活力,以支持新一代采矿卡车。该研究分析了当前可商购和新兴技术的景观,可以支持显着减少或完全消除地面牵引卡车的温室气体排放。

我们只研究了转型技术,并且,根据ICMM的任务,没有考虑材料处理的替代手段(例如,内坑破碎和输送或铁路veyor)。保留传统表面采矿卡车的所有优点将是至关重要的,确保可以尽可能多地实现成功的脱碳途径。

除了温室气体减排策略,资本支出和运营费用估计和碳保护计算的均衡成本是针对应用于表面采矿卡车的以下各项的各种转型技术开发:

  • 生物柴油B100的使用
  • 混合动力汽车(hev)与生物柴油B100
  • 电动汽车(bev) -非链线
  • Catenary Bevs(即,与手推车辅助配对)
  • 氢燃料电池汽车(fcev)
我们学到了什么?

虽然这些技术为地表采矿卡车的工作循环提供了避免温室气体排放的明确途径,但在不同的地表采矿应用中,每种途径都有不同的优势、劣势、机遇和挑战。与卡车配置、操作环境和卡车性能相关的许多方面直接影响技术路径的可行性和估算温室气体减排成本所需的基线假设。注意事项包括:

  • 生物柴油B100:生物柴油B100的可行性取决于优化发动机设计的整合;获得B100的可用性,供应链和物流;和B100 V.S的竞争单位成本柴油机。
  • 使用生物柴油B100的混合动力汽车:具有B100的HEV需要如上所述的类似考虑因素,增加了更高的电池能量密度和更低的充电时间来减轻对卡车舰队生产率和站点基础设施要求的影响。
  • Non-catenary成为:除了更低的电池成本和更高的能量密度要求外,没有电车辅助的纯电动汽车对充电设施的要求也更高。考虑到具有竞争力的电力成本和主要的下坡运输模式(即再生制动),这种技术途径对采矿作业具有很高的经济潜力。
  • catenary bevs:除了与非链线纯电动汽车类似的考虑外,具有电车辅助的纯电动汽车还集成了一项成熟的技术,如果链线基础设施搬迁过于频繁,成本可能会很高。然而,对于可以连续多年保持悬挂链线基础设施的上坡运输线路,悬挂链线纯电动汽车的优势(例如,与非悬挂链线纯电动汽车相比,减少充电需求和更高的上坡速度性能)可以完全实现。
  • 氢气FCEV:与纯电动汽车相比,氢燃料电池汽车更容易将氢燃料电池和电池集成到大型超等运输卡车中。虽然与纯电动汽车相比,fcev从电网到车轮的能源效率较低,但它(取决于动力系统配置)比纯电动汽车的行驶里程更长,这减轻了卡车车队生产率的影响。

尽管相关矿用卡车技术的发展以及不同温室气体减排解决方案路径的实施挑战仍存在很大的不确定性,毫无疑问,地表采矿作业模式需要进行调整,以适应无温室气体地表采矿卡车的加入,并确保高生产率、操作灵活性和低总拥有成本。

这个博客是基于演讲的“鉴定零排放表面牵引车的实施途径,以减少范围1气体排放量”作者:Michael Bobotis加拿大矿业、冶金和石油研究所的2021年虚拟会议和博览会

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