Life Cycle Assessment of Primary Aluminium Production by Hydrogen Diffusion Anode
Abstract
Aluminium er et viktig metall for overgangen til netto nullutslipp, mye brukt i fornybarkraftproduksjonskonstruksjon og som konstruksjonsmateriale for bygninger. Den konvensjonelleproduksjonsmetoden slipper ut 1.5 kg CO2 per kg aluminium på grunn avforbruket av karbonanoden. I denne masteroppgaven undersøkes en alternativ tilnærming,ved å erstatte den karbonanoden med en hydrogendiffusjonsanode. Den foreslåtteproduksjonsruten kan redusere klimagassutslippene fra elektrolysen betydelig, og enlivssyklusanalyse (LCA) er utviklet for å sammenligne miljøytelsen til den konvensjonelleproduksjonsmetoden og den alternative produksjonsmetoden med hydrogenanode.Fire sensitivitetsanalyser ble utført for å identifisere viktige prosesser i produksjonen,og undersøkte robustheten overfor endringer i energikilde for elektrisitet og varme ogproduksjonsmetoder for hydrogenfluorid og hydrogen.Resultatene viser at den direkte effekten av å bytte til hydrogensanode er en betydeligreduksjon i klimagassutslipp og en moderat reduksjon i de resterende kategoriene.Når man inkluderer utslipp av hydrogenfluoridavfall som et verdifullt biprodukt, varresultate en betydelig reduksjon i nesten alle kategorier. Energikilden til de mangevarme- og elektrisitetskrevende prosessene påvirker i stor grad miljøpåvirkningen til deto alternativene.Hydrogendiffusjonsanode reduserer miljøpåvirkningen mens resirkulering av hydrogenfluoridgir en ytterligere reduksjon. Aluminium is an important metal for the transition to net zero emission, widely usedin renewable power generation construction and as a construction material for buildings.The conventional production method emits 1.5 kg CO2 per kg aluminium due tothe consumption of the carbon anode. In this master’s thesis, an alternative approachis investigated, by substituting the prebaked carbon anode with a hydrogen diffusionanode. The proposed production route could reduce the GHG emission from the electrolysissignificantly, and a Life Cycle Assessment (LCA) is developed to compare theenvironmental performance of the conventional carbon anode route and the alternativehydrogen diffusion anode production route.To identify hotspots of the production routes, four sensitivity analyses were carried out,investigating the robustness to change in electricity source, fuel source and productionmethods for hydrogen fluoride and hydrogen.The results show that the direct effect of changing to hydrogen diffusion anode is asignificant reduction in GHG emissions and a moderate reduction in the remainingcategories. When including the hydrogen fluoride waste emission as a by-product, theimpacts experienced a significant reduction in almost every category. The energy sourcefor the many heat and electricity-demanding processes highly affects the environmentalperformance of the production routes.Hydrogen diffusion anode reduces environmental impacts while recycling hydrogenfluoride results in a further reduction.