Serie: Bergbau & Materialien • Teil 6
Aluminium, Kupfer und seltene Metalle — die Adern der Energie
Stahl — unsere Knochen; Aluminium — unsere Flügel; Kupfer — unsere Nerven; und Batteriemetalle — die Ionen, die das Leben erhalten. In diesem Teil „wickeln“ wir den Planeten mit Kabeln ein — mit sauberem Strom, sauberen Öfen und Fabriken, die sich wie Nachbarn verhalten.
Die heutige Mission
Zeigen, wie wir Aluminium, Kupfer und Batteriemetalle ohne Rauch herstellen
Veröffentlichen Sie vorab berechnete Lasten, Flächen und Produktströme.
Erstellen Sie die „Adern“ der Welt, die von der Sonnen-Samenfabrik angetrieben werden (Teil 3).
Warum diese Metalle (das Nervensystem der Zivilisation)
Aluminium macht Konstruktionen leicht, korrosionsbeständig und schnell transportierbar. Kupfer leitet Elektronen elegant: Motoren, Transformatoren, Schienen. Nickel, Kobalt, Mangan und Lithium stimmen die Batterienchemie ab. In unserem Bau ist all das – Strom vom Bergwerk bis zum Produkt: ohne Diesel, ohne Kohle.
- Elektrische Heizung (Induktion, Widerstand) ersetzt Brenner.
- Geschlossene Kreisläufe sammeln Gase und recyceln Wasser.
- Solar-Seed-Werk (Teil 3) „druckt“ Megawatt für alles.
Aluminium – leicht, schnell, unendlich recycelbar
Prozess kurz gefasst
- Bauxit → Bayer (Abbau, Waschen, Verdauung, Absetzen) → Alumina
- Alumina → Gießerei (Hall‑Héroult) mit sauberem Strom (bevorzugt Inertanoden)
- Gießerei: Rohlinge, Platten, Gusslegierungen; Walzen/Extrusion in der Nähe
Merkblatt pro Tonne (orientierend)
| Schritt | Strom | Anmerkungen |
|---|---|---|
| Aluminiumraffination | ~0,4–1,0 MWh/t Al | Verdauungspumpen, elektrifizierte Kalzinatoren |
| Schmelzen (Zellen) | ~14–16 MWh/t Al | Weniger mit Inertanoden und Wärmerückgewinnung |
| Gießen/Endbearbeitung | ~1–3 MWh/t Al | Induktionsöfen, Filter |
Schrottaufschmelzung: ~1–1,5 MWh/t (Schmelzen und Gießen) – warum wir geschlossene Kreisläufe lieben.
Warum Inertanoden?
Sie eliminieren den Verbrauch von Kohleanoden und Sprünge bei perfluorierten Kohlenwasserstoffen, reduzieren den CO₂-Ausstoß des Prozesses und vereinfachen die Gasbehandlung. Wir setzen dennoch vollständige Erfassung und Filtration ein; die Luft um uns herum ist für Sonnenuntergänge, nicht für Schornsteine.
Kupfer — Drähte, Wicklungen und Wärme
Prozess kurz gefasst
- Sulfidkonzentrat → Blas-Schmelzofen und Konverter → Anoden
- Elektroraffination (ER) → Kathode 99,99%
- Downstream: Stabwalzen, emaillierter Draht, Schienen, Folie
Merkblatt pro Tonne (orientierend)
| Schritt | Strom | Anmerkungen |
|---|---|---|
| Schmelzen/Konvertieren (elektrisch unterstützt) | ~0,4–0,8 MWh/t Cu | Ofen exotherm; Wärme wird zurückgewonnen |
| Elektroraffination | ~2,0–3,0 MWh/t Cu | Konstante DC-Last — Traum vom Mikronetz |
| Stab-/Foliensanlagen | ~0,1–0,3 MWh/t Cu | Motoren und Rückgewinnung — alles Strom |
Die Abgase leiten wir in die Säureanlage; keine Fackeln, nur Produkte.
Warum hier kein SX/EW (Lösungsmittel-Extraktion/Elektrogewinnung)?
SX/EW eignet sich hervorragend für Oxide und Waschlösungen; Sulfide passen am besten zu Schmelzen + ER. Trotzdem haben wir „grüne“ Waschlinien für Schlämme und niedrige Konzentrationen — damit jedes Atom zählt.
Schnellübersicht Batteriemetalle — Ni, Co, Mn, Li
Batteriechemie — Buffet. Wir entwerfen Fabriken wie Lego-Blöcke: Waschen/HPAL oder Kalzinieren → MHP oder Lösung → EW/Kristallisation → Sulfate/Hydroxide. Alles elektrisch. Wasser — in geschlossenen Kreisläufen. Reagenzien — intelligent.
Strom pro Tonne (orientierend, inklusive elektrifizierter Wärme)
| Produkt | kWh pro Tonne Produkt | Anmerkungen |
|---|---|---|
| Nickelsulfat (aus Laterit über HPAL + EW) | ~3 800–10 200 | EW + e‑Dampf HPAL; abhängig von Standort und Erz |
| Kobaltsulfat | ~1 600–4 400 | EW + Kristallisation |
| Mangansulfat | ~780–2 330 | Backen/Waschen elektrifiziert; „Polieren“ |
| Lithiumhydroxid (aus Spodumen) | ~3 700–8 300 | Elektrische Kalzinatoren + Kristallisatoren |
Die Bereiche spiegeln die Qualität von Erz/Salzlauge, den Verarbeitungsanteil und wie aggressiv wir Wärme elektrifizieren.
Lasten des „konstanten DC-Paradieses“
- Elektrogewinnungsrahmen (EW) liefern konstantes DC → leicht durch Akkumulation zu puffern.
- Kristallisatoren und Pumpen summen höflich; wir verschieben die Zeit durch Wärmespeicherung.
- Alles sitzt im selben Sonnen-Mikronetz wie Stahl, Kupfer und Glas (Teile 3–5).
Und die Reagenzien?
Wir standardisieren zu ungefährlichen oder recycelbaren Reagenzien (z. B. Ammoniakschleifen, Sulfatsysteme), sammeln Dämpfe und halten Wasser in geschlossenen Kreisläufen. „Abfälle“ werden zu Eingaben für Nachbarn (z. B. Säure – zum Auswaschen, Lauge – zur Neutralisation).
Vorab berechnete Fabrikszenarien
Aluminium-Standorte (Schmelzen)
| Kapazität | Vid. apkrova | PV min | 12 Std. Speicher | Anmerkungen |
|---|---|---|---|---|
| 500 kt/Jahr | ~0,8–1,1 GW | ~4,1–5,6 GWp | ~9,6–13,2 GWh | Entspricht den Zahlen aus Teil 4 |
| 1.0 Mt/metus | ~1,6–2,2 GW | ~8,2–11,3 GWp | ~19–26 GWh | Inertanoden senken die Untergrenze |
PV „min“ gemäß Vid.(MW)×5,14 (5,5 PSH, 85 % Wirkungsgrad). Wir vergrößern, um Walzen und Nachbarn zu versorgen.
Kupferkathoden-Standorte
| Kapazität | Vid. apkrova | PV min | 12 Std. Speicher | Anmerkungen |
|---|---|---|---|---|
| 1.0 Mt/metus | ~280–450 MW | ~1.44–2.31 GWp | ~3.4–5.4 GWh | ER dominiert, sehr gleichmäßig |
| 2.0 Mt/Jahr | ~560–900 MW | ~2.9–4.6 GWp | ~6.8–10.8 GWh | Wir ergänzen die Säureabteilung, Folienlinie |
Exotherme Schmelzwärme – wir leiten sie in Dampfsysteme und zu Nachbarn weiter.
Batteriemetalle – schnelle Auswahl in Stadtgröße
| Produkt | Anlagenmaßstab | Durchschn. elektrische Last | PV min | 12 Std. Speicher | Anmerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| Nickelsulfat | 100 kt/Jahr | ~50–130 MW | ~260–670 MWp | ~0.6–1.6 GWh | HPAL + EW, elektrifizierte Wärme |
| Kobaltsulfat | 50 kt/Jahr | ~9–25 MW | ~46–129 MWp | ~0.1–0.3 GWh | Oft mit Ni gepaart |
| Mangansulfat | 300 kt/Jahr | ~30–80 MW | ~154–411 MWp | ~0.36–0.96 GWh | Für LMFP/NMC-Vorgänger |
| Lithiumhydroxid | 100 kt/Jahr | ~50–100 MW | ~257–514 MWp | ~0.6–1.2 GWh | Elektrifizierter Spodumen-Weg |
Wir behandeln Wärme als elektrischen "Mieter" (E‑Kessel, Wärmepumpen). Die Zahlen umfassen die Äquivalente elektrifizierter Wärme.
Fußabdrücke, Wasser und Nachbarn
Typische Fußabdrücke
- Aluminium 1 Mt/Jahr: Schmelze + Gießereien ~60–100 ha; PV-Feld 8–11 km² daneben
- Kupfer 1 Mt/Jahr: Schmelzen/Konvertieren/ER ~30–60 ha; PV-Feld 1,4–2,3 km²
- Batteriestadt: 20–60 ha pro Produkt; gemeinsame Versorgungsanlagen und Labore
Wasser und Luft
- Kühlung im geschlossenen Kreislauf; Regen von den Sonnen-„Wiesen“ – ins Prozesswasser.
- Säurewerke und Scrubber „verpacken“ SO₂ und HF in Produkte, nicht in den Himmel.
- Lärm <85 dBA am Zaun; Förderbänder abgedeckt; absichtlich langweilig.
Unsere Minen hinterlassen Seen (Teil 1). Unsere Schmelzwerke lassen Sonnenlicht durch. Der einzige „Rauch“ ist morgendlicher Dampf, den wir wahrscheinlich in die Wäscherei leiten.
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„Aluminium scheint energiehungrig – ist das ein Problem?“
Das ist ein Vorteil. Aluminium ist eine Batterie in metallischer Form: vorab verbrauchte Elektrizität wird zu einer leichten, rostfreien Konstruktion des Jahrhunderts, die mit ~10 % Energie recycelt wird. Mit der Solar-Säulenfabrik „drucken“ wir zuerst Megawatt, dann gießen wir Flügel.
„Wie halten Sie Kupfer sauber, wenn das Schmelzen „heiß“ ist?“
Das Schmelzen von Sulfiden ist exotherm – wir sammeln die Wärme, wandeln SO₂ in Schwefelsäure um (wertvolles Produkt) und betreiben alle Hilfssysteme elektrisch. Die ER-Halle – konstante DC-Last, die Sonne + Speicherung liebt.
„Sind die Reagenzien der Batteriemetalle nicht „bösartig“?“
Wir wählen gesunden Menschenverstand (Sulfat-, Ammoniakschleifen), schließen Dampfleitungen, recyceln Wasser. Feste Abfälle sind inert und werden, wo möglich, genutzt. Wenn ein Reagenz sich nicht anständig verhält – wird es nicht eingeladen.
„Können solche Orte neben Städten leben?“
Ja – genau diese Idee. Elektrische Antriebe, geschlossene Werkstätten und geschlossene Kreisläufe machen den Nachbarn der „schweren Industrie“ still. Der See aus Teil 1 – ein Park nach fünf Jahren.
Weiter: Megavans und Schwungräder – Lastwagen wie rollende Batterien (Teil 7). Wir verwandeln die Logistik in einen Energiespeicher und lassen den Platz an Ballett erinnern.