振荡电流稳定铝电解槽以实现高效低碳生产
流体动力学
2021-06-25 v1
摘要
人类在2019年生产了6370万公吨铝，几乎全部通过电化学过程，其中电流从溶解的氧化铝中释放出熔融Al。那年，铝生产耗电848 TWh，占全球总量3%，并造成人类温室气体排放1%。大部分电力与排放源于溶解氧化铝的不良导电电解质中的能量损失。减薄电解质层可减少损失，但受金属垫不稳定性（MPI）限制，若电解质不够厚，MPI会使铝电解槽失控晃荡。此处我们展示，在电流中加入振荡分量可在真实模拟中破坏MPI，允许电解质层至少减薄12%的稳定运行。这发生于振荡激发驻波，使驱动MPI特征的 growing traveling wave 的共振解耦时。维持振荡可防止MPI；发起振荡可中止进行中的MPI。我们的发现可显著提升几乎所有铝精炼槽的效率，无需昂贵重建，从而每年减少能源使用34 TWh（2.1 MJ/kg Al）以上，并减少温室气体排放每年13 Mton以上。
引用
@article{arxiv.2106.12606,
title = {Oscillating currents stabilize aluminium cells for efficient, low carbon production},
author = {Ibrahim Mohammad and Marc Dupuis and Paul D. Funkenbusch and Douglas H. Kelley},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.12606},
year = {2021}
}