零排放之路:采矿业如何努力实现无温室气体地表采矿
实现净零碳排放的道路是一项全球性、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。在采矿业实现脱碳路线图所面临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、替代车辆、矿山设计和适应替代能源的工艺。具体来说，需要解决的关键挑战之一是对柴油燃料的依赖。
采矿车队是该行业现场温室气体(GHG)排放的主要来源之一。露天矿山的移动采矿设备可占现场温室气体排放的30%，如果矿山没有连续的冶炼或精炼设施，则可达80%。大型采矿运输卡车的温室气体排放量占地面移动车队总排放量的50%以上。
2018年，国际矿业与金属理事会(ICMM)发起了创新更清洁更安全的车辆(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的创新发展，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倡议旨在到2040年实现无温室气体的地表采矿车辆，解决范围1排放的主要来源，即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?
在与ICSV工作组的合作下，我们最近完成了一项研究，以帮助确定未来的方向。该研究的目的是确定实现ICMM地面运输卡车零排放目标的实施途径。为此，我们评估了ICMM成员公司地表采矿作业/运输概况中具有代表性的七种采矿应用，并分析了可以支持减少温室气体排放的技术。
随着从事不同类型地面作业的矿业公司继续加强对气候行动的承诺，多学科和跨部门的团队方法对于就脱碳途径提供指导至关重要。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。
在研究的第一阶段，建立了静态能量剖面模拟模型。该模型能够分析以下七种类型地表采矿应用的采矿运输卡车全工作周期的能源消耗和温室气体排放:
- 长平拖(长达30公里)
- 短平拖(长达5公里)
- 下坡长途拖运
- 上坡长途拖运
- 下坡短距离牵引
- 上坡短距离牵引
- 拖运(长达5公里)
一旦为每一种应用制定了概要，就必须确定减少温室气体技术目前和未来的可行性，以支持新一代采矿卡车。该研究分析了现有的商用技术和新兴技术的现状，这些技术可以显著减少或完全消除地面运输卡车的温室气体排放。
我们只研究了转换技术，根据ICMM的要求，没有考虑其他材料处理方式(例如，坑内破碎和输送或铁路运输)。保留传统露天采矿卡车的所有优点对于确保为尽可能多的露天采矿作业成功地实现脱碳途径至关重要。
除温室气体减排战略外，还为下列应用于露天采矿卡车的每一项改造技术制定了资本支出和运营费用估计数以及碳保存成本的水平计算:
- 使用生物柴油B100
- 使用生物柴油B100的混合动力电动汽车
- 纯电动汽车(bev)。非接触网
- 悬链式纯电动汽车(即配备有轨电车辅助)
- 氢燃料电池电动汽车
我们学到了什么?
虽然这些技术为实现露天采矿卡车无温室气体排放的工作周期提供了明确的途径，但在应用于不同的露天采矿应用时，每种途径都具有不同的优点、缺点、机会和挑战。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到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集成;获得B100的可用性、供应链和物流;以及B100与柴油相比具有竞争力的单位成本。
- 生物柴油B100混合动力汽车:B100混合动力汽车也需要类似的考虑，需要更高的电池能量密度和更低的充电时间，以减轻对卡车车队生产力和现场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，没有手推车辅助的纯电动汽车还需要更高的充电基础设施要求。在具有竞争力的电力成本和主要下坡负载的运输结构(即再生制动)的背景下，这种技术途径为采矿作业提供了很高的经济潜力。
- 悬链线成为:除了与非接触网纯电动汽车类似的考虑外，有轨辅助纯电动汽车集成了成熟的技术，如果接触网基础设施过于频繁地迁移，成本可能会令人望而却步。然而，对于悬链线基础设施可以连续多年保持在原地的山坡装载的牵引轮廓，可以充分实现悬链线bev的优势(例如，与非悬链线bev相比，降低充电要求和更高的上坡速度性能)。
- 氢FCEVs:与纯电动汽车相比，氢燃料电池汽车在将氢燃料电池和电池集成到超大型运输卡车上方面有更清晰的途径。虽然与bev相比，从电网到车轮的能源效率较低，但fcev(取决于动力总成配置)的行驶里程比bev更长，这减轻了卡车车队生产力的影响。
虽然在相关采矿卡车技术的发展和不同温室气体减排解决方案路径的实施挑战中仍存在很大的不确定性，但毫无争议的是，地表采矿作业模式将需要进行调整，以适应无温室气体地表采矿卡车的加入，并确保高生产率和操作灵活性，以及低总拥有成本。
本博客以演讲为基础“确定零排放地面运输卡车减少范围1温室气体排放的实施途径”作者:Michael Bobotis加拿大矿业、冶金和石油研究所2021年虚拟会议和博览会．
点击这里阅读加拿大矿业杂志文章“利用氢:矿工探索氢动力卡车的使用”介绍了Michael Bobotis的见解。
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迈克尔Bobotis
工程协调员，露天采矿，金属
Michael Bobotis是一位高级采矿工程师和露天采矿主题专家。在过去的9年里，迈克尔作为一名矿山规划和设计工程师和采矿学科负责人参与了多个国际采矿项目。他目前负责协调Hatch在北美的所有露天采矿项目。作为哈奇对采矿创新的关注的一部分，迈克尔一直努力推动采矿作业的最佳实践标准和创新技术和管理实践。