Každá doba, v ktorej žila ľudská populácia, sa spájala s materiálom, ktorý sa v danej dobe používal. V súčasnosti máme dobu tzv. ľahkých kovov, ktoré sa využívajú v každom odvetví priemyslu. Ide o ľahké kovy typu hliník a horčík, resp. ich zliatiny. Takýmto úvodom sa divákom prihovára ďalšia časť z cyklu Spektrum vedy s názvom Moderné využitie fluoridových tavenín v rámci série dokumentárnych filmov, ktorých úlohou je predstaviť a priblížiť prácu a úspechy slovenských vedcov.
Ako hovorí doc. Ing. Miroslav Boča, PhD., riaditeľ Ústavu anorganickej chémie SAV, príbeh o chémii roztavených solí by sme mohli začať rozprávkovo. „A teda pripodobniť ju Popoluške priemyslu. Je to špinavá a ťažká práca, no má svoju neoceniteľnú vnútornú krásu. Významná časť priemyslu závisí od prác s chémiou roztavených solí, ale málokto si to uvedomuje. Stretávame sa s množstvom výrobkov, ktoré sú vyrábané týmito metódami, a jednou z nich je výroba hliníka.“
Chémia roztavených solí je podľa neho ufúľaná, takmer sa o nej nehovorí, a ak niekto o nej vie, tak mu môže pripadať ako slúžka,
ktorá si robí svoju prácu. „Netreba sa o ňu nejako zvlášť zaujímať a už vôbec netreba riešiť, čo si myslí alebo čo potrebuje. Veď všetko funguje. Ale predstavte si, čo by sa stalo, keby takejto pomocníčky nebolo. Iba ten, kto ju pozná bližšie, vie oceniť jej vnútornú krásu a jej nenahraditeľnosť. Podobne ako v prípade Popolušky,“ vysvetľuje doc. Ing. Miroslav Boča, PhD.
Pokračuje, že v poslednej dobe je veľmi populárna téma využitia roztavených solí v oblasti akumulácie slnečnej alebo inej tepelnej energie na jej ďalšie využitie. Intenzívny vývoj zdokonalenia výroby ľahkých kovov trvá podľa neho už od čias vynájdenia priemyselnej výroby hliníka. „V tejto dobe skôr viac pociťujeme dôraz na nahradzovanie oceľových zliatin, pretože spotrebný sektor zvyšuje požiadavky na vyšší komfort. Každý sa napríklad už bežne stretáva s ľahšími mobilmi a tabletmi, ale aj v robotike, senzorike, energetike a doprave sa čoraz častejšie stretávame s chytrými (tzv. smart) zliatinami. Zrýchlenie odozvy na požiadavku užívateľa je vždy spojené s flexibilitou používaného komunikačného prostriedku, pretože mobilita je v dnešnej dobe kľúčom k úspechu.“
Široké uplatnenie
Kde všade sú vôbec ľahké kovy využiteľné? V podstate v každom odvetví, uvádza riaditeľ Ústavu anorganickej chémie SAV, ale hlavne v užívateľskom sektore, IT sektore a senzorike. „Prichádza doba smart technológií, kde bude všetko prepojené a užívateľ bude mať čoraz vyššiu kontrolu nad procesmi okolo neho. Týka sa to domácností, komunikácie, dopravy do zamestnania a vo významnej miere aj energetického a zdravotníckeho sektora.“
V dokumentárnom filme sa vo výraznej miere vysvetľujú okolnosti výroby hliníka na Slovensku. Jediná hlinikáreň u nás bola a aj je známa spoločnosť situovaná v Žiari nad Hornom.
Doc. Ing. Miroslav Boča, PhD., vysvetľuje, že v súčasnosti sa hliník priemyselne vyrába elektrolýzou oxidu hlinitého, rozpusteného v roztavenom kryolite, tzv. Hallovým-Héroultovým spôsobom. „Tento proces sa v jeho podstate len veľmi málo líši od pôvodného procesu patentovaného najskôr Bradleyom v roku 1883 a neskôr nezávisle Hallom a Héroultom v roku 1886. Proces je založený na elektrolytickej redukcii hliníka z oxidu hlinitého rozpusteného v roztavenom kryolite. Za katódu môžeme považovať roztavenú vrstvu hliníka, ktorá sa nachádza pod elektrolytom, pričom kyslík sa oxiduje na grafitovej anóde za vzniku CO2. V technickej praxi sa v hlinikárni v Žiari nad Hronom používali dva typy elektrolyzérov, najprv tzv. Söderbergov typ s kontinuálne samovypaľovacou anódou, ktorý sa už v súčasnosti ako z ekonomických, tak aj z ekologických dôvodov nepoužíva.“
© CVTI SR – Národné centrum pre popularizáciu vedy a techniky v spoločnosti
Vstup investora
Vedec pokračuje, že od 90-tych rokov 20. storočia nastala po vstupe súkromného investora, spoločnosti HydroAluminium z Nórska, reštrukturalizácia prevádzky. „Hlavne išlo o zrušenie výrobne oxidu hlinitého z bauxitu, tzv. kysličnikárne, ktorá je známa produkciou červenej haldy v blízkosti Žiaru nad Hronom. A došlo hlavne k zavretiu starých výrobných hál a postaveniu nových elektrolyzérov na výrobu hliníka s vopred vypálenými anódami, ktoré sa v súčasnosti uplatňujú v praxi. Tie sú oproti elektrolyzérom Söderbergovho typu výhodnejšie ako z energetického, tak aj environmentálneho hľadiska.“
Doc. Ing. Miroslav Boča, PhD., zdôrazňuje, že aj napriek tomu, že počas 110-ročnej histórie procesu došlo k mnohým zásadným zlepšeniam, aj naďalej ostáva niekoľko problémových okruhov a otázok spojených hlavne so zvyšovaním účinnosti elektrolýzy, zvyšovaním čistoty vyrábaného hliníka, ako aj so znižovaním produkcie skleníkových plynov. „Súčasný proces využíva pri výrobe hliníka grafitovú anódu aj katódu. Anóda sa pri elektrolýze spotrebováva za vzniku množstva skleníkových plynov, hlavne CO2. Preto sa do budúcna uvažuje o náhrade uhlíkových elektród za tzv. „inertné“ elektródy. Pri použití inertných anód vzniká kyslík, ako vedľajší produkt rozkladu Al2O3.“
Čistejší spôsob
Súčasný proces výroby hliníka využitím elektrolýzerov s vopred vypálenými anódami je podľa odborníka na anorganickú chémiu oproti pôvodnej metóde ako energeticky výhodnejší, tak aj environmentálne „čistejší“. „Tiež vstupná surovina – oxid hlinitý sa už na Slovensku nevyrába, ale dováža zo zahraničia. Tým sa prestal produkovať tzv. červený kal, ktorý bol do konca 20. storočia environmentálnou záťažou Slovenska, pretože tento kal je práve odpadný produkt, vznikajúci pri produkcii oxidu hlinitého z bauxitu. V súčasnej dobe je toto odkalisko zabezpečené hlbinnou bentonitovou stenou, čím sa zabraňuje úniku alkalických vôd do okolitého prostredia. Takisto sa uskutočnila jeho rekultivácia zazelenaním povrchovej vrstvy rastlinstvom.“
Modernizáciou prevádzky výroby hliníka progresívnou technológiou a odstavením starej technológie sa podľa neho rapídne zlepšilo životné prostredie v Žiarskej kotline, kde sa prevádzka nachádza. „Odstavila sa stará elektrolýza – série A a B. Znížilo sa množstvo emisií, najmä oxidov síry a dusíka až o 50 – 70 %. Zaistilo sa monitorovanie emisií SO2, NOx, CO. Inštaláciou tzv. „dry scrubberov“ sa zabránilo úniku fluoridových emisií do ovzdušia. Zrekonštruovala sa neutralizačná stanica odpadových vôd z anodickej oxidácie vrátane zachytávania tuhých látok a zaviedlo sa monitorovanie kvality odpadových vôd. Z väčšej časti sa teda odstránili ekologické škody a znížili aj ekologické riziká v celom spektre prevádzky výroby hliníka.“
Doc. Ing. Miroslav Boča, PhD., je presvedčený, že Slovensko má naozaj kapacity ako vedeckovýskumné, tak aj priemyselné na rozvoj a aplikáciu výsledkov z oblasti ľahkých kovov. „Konkrétne v oblasti tavenín pre výrobu hliníka sa uvažuje o využití iných tavenín a inertných elektród, čo súvisí so znížením teploty pri elektrolýze a taktiež veľmi veľkou redukciou emisií oxidu uhličitého. Tento výskum prebieha aj na Oddelení taveninových sústav na Ústave anorganickej chémie. Taktiež prebieha príprava na projekty využitia významných magnezitových ložísk na východe Slovenska pre prípravu horčíka a podobne. Spomínané inertné elektródy zase súvisia s využitím diboridu titánu, jeho lacnejšou prípravou a jednoduchším povlakovaním.“
Veľké množstvo faktorov
Čo iné z ľahkých kovov, ak by sme mali kapacitu, u nás vyrábať, okrem hliníka, je podľa neho ťažká otázka. Vedec je presvedčený, že potom, aby mohla byť spustená nejaká výroba, je potrebné zohľadniť veľké množstvo faktorov, počnúc cenou energie, dostupnosti surovín cez environmentálne aspekty a geografické umiestnenie až po otázky napr. dopytu alebo finančných zdrojov a rentability danej výroby v danom mieste. „V blízkej budúcnosti, predpokladám, zrejme v našich podmienkach nemôžeme počítať so zavedením novej výroby ľahkých kovov. Možno za určitých priaznivých podmienok a za vstupu významného investora by sa možno dalo uvažovať o výrobe horčíka, keďže Slovensko disponuje významnými ložiskami horečnatých hornín.“
Ešte veľa zaujímavého sa dozviete v dokumente Moderné využitie fluoridových tavenín, ktorý si môžete pozrieť aj vo videoarchíve na portáli Národného centra pre popularizáciu vedy a techniky v spoločnosti.
Cyklus dokumentov Spektrum vedy, odvysielaný Slovenskou televíziou, je popularizačný projekt, ktorý vznikol v spolupráci Centra vedecko-technických informácií SR , Slovenskej akadémie vied a Slovenskej televízie.
Spracovala: Slávka Habrmanová, NCP VaT pri CVTI SR
Foto: filmový dokument „Moderné využitie fluoridových tavenín“
Uverejnil: MZ