Process model based environmental footprints of copper smelting
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
CHEM3043
Language
en
Pages
105 + 12
Series
Abstract
Copper is an important metal with many uses in today’s society. The demand for copper is increasing and to meet this demand it is necessary to provide profitable technologies for its production. However, in present-day markets, it is not enough to consider the economic factors alone in an investment, but environmental aspects also have to be taken into account. In this area, regarding copper production and its technologies, there still exists room for improvement. In particular, the smelting phase of the production process has been observed to be harmful to the environment. One way to study the environmental aspects of these production processes is a Life Cycle Assessment (LCA) analysis tool. In this work, the environmental issues related to copper smelting as well as their relationship to technological differences were studied. A process model based LCA procedure was developed for Outotec to calculate and evaluate the environmental footprint of seven process models based on seven different copper smelting technologies. To do this, HSC Sim and openLCA software packages were utilized. In addition, a database was developed to be shared via a collaboration server for users in Outotec. In the future, the developed LCA procedure together with the above-mentioned software packages as well as databases can be used to conduct similar sustainability projects. Further, the information obtained from the projects can be used to develop the technologies to be more environmentally friendly. The results were calculated in two scenarios. In Scenario 1 only the smelter was taken into account. In Scenario 2 the pre-processing of raw materials and the impact of energy generation were also considered. Scenario 2 data was compared across different geographical locations, namely China, Chile, and Germany, with global averages as reference values. The functional unit used in all the LCA analysis was the production of one metric ton of copper in blister copper. The results showed clear differences between the seven process technologies. Naturally, the results for Scenario 2 were much higher than for Scenario 1. Biggest differences could be seen for climate change impact, depletion of fossil fuels, metals, and water as well as energy demand and the quality of the total ecosystem. Further, when taking the location into account in Scenario 2, it was seen that China had the highest environmental footprint, followed by Chile and Germany respectively. The major reasons for variations between the technologies and locations can be attributed to the source of energy for the smelter and the raw materials produced for the process. As a direct consequence, favoring cleaner energy sources and raw-material processing methods greatly reduces a smelter’s environmental footprint. As technological differences also showed significant variation in several impact categories, it was found that the next most effective way to reduce the environmental footprint is the correct selection of technology.Kupari on tärkeä metalli nykypäivän yhteiskunnassa monien erilaisten käyttötarkoituksiensa vuoksi. Kuparin kysyntä kasvaa koko ajan, minkä vuoksi on tärkeää tarjota markkinoille taloudellista teknologiaa koskien kuparintuotantoa. Nykypäivänä taloudellisuus ei kuitenkaan ole ainoa tekijä teknologioiden vertailuissa, vaan ympäristövaikutuksilla on myös iso rooli. Kuparin tuotannolla ja sen teknologioilla on vielä parannettavaa tällä saralla. Erityisesti kuparinsulatuksen on havaittu olevan haitallinen ympäristölle. Yksi tapa tutkia kuparinsulatuksen ympäristöjalanjälkeä on käyttää niin sanottua elinkaariarviointi menetelmää (Life Cycle Assessment, LCA). Työssä tutkittiin kuparisulatukseen liittyviä ympäristöongelmia ja erityisesti sitä, miten ne vaihtelevat eri teknologioiden välillä. Prosessimalli-pohjainen elinkaariarviointi menettelytapa kehitettiin Outotecille, jotta seitsemän eri teknologiaan perustuvien prosessimallien ympäristöjalanjäljet pystyttiin laskemaan. Laskennassa käytettiin apuna HSC Sim- ja openLCA-ohjelmistoja. Osana menettelytavan kehitystä oli myös tietokannan kokoaminen liittyen malleihin, joka voidaan jakaa Outotecin sisäisille käyttäjille niin kutsutun yhteiskäyttöpalvelimen kautta. Tulevaisuudessa tarkoitus on käyttää tässä työssä kehitettyä elinkaariarviointi menettelytapaa, yllämainittuja ohjelmistoja sekä sisäistä tietokantaa samanlaisissa kestävän kehityksen projekteissa. Näiden lisäksi tietoa, jota koko työssä ja menettelytavan kehityksessä saatiin, voidaan käyttää teknologioiden kehittämiseksi enemmän ympäristöystävällisiksi. Työn tulokset laskettiin kahdessa eri skenaariossa. Skenaario 1 ottaa huomioon vain kuparisulaton. Skenaario 2 ottaa huomioon myös raaka-aineiden esikäsittelyn, kuten valmistuksen sekä energian tuotannon. Skenaario 2:ssa tutkittiin myös datan muuttumista sulaton sijainnin muuttuessa (Kiina, Chile, Saksa). Laskennassa hyödynnettiin lisäksi globaaleja keskiarvoja vertailukohteena sijainnista riippuvalle datalle. Elinkaariarvioinnin verrattava toimintayksikkö työssä on ollut tonni tuotettua kuparia raakakuparissa. Tulokset näyttivät selvät erot teknologioiden välillä. Luonnollisesti Skenaario 2:en tulokset olivat paljon suuremmat kuin Skenaario 1:ssä. Suurimmat erot havaittiin liittyen ilmaston muutokseen, fossiilisten polttoaineiden sekä metallien että veden ehtymiseen, energiankäyttöön ja ekosysteemin kokonaislaatuun. Skenaario 2:ssa huomattiin myös, että jos sijainti otetaan huomioon, Kiinaan sijoitetuilla sulattamoilla on suurimmat ympäristöjalanjäljet, seuraavaksi Chileen sijoitetuilla ja pienimmät Saksaan sijoitetuilla. Suurimmat syyt teknologian ja sijainnin eroihin vaikuttavat olevan energialähteet käytettyjen raaka-aineiden valmistuksessa sekä sulaton toiminnassa. Tästä johtuen suosimalla puhdasta ja vähäpäästöistä energiaa koko kuparin toimitusketjun aikana olisi mahdollista pienentää kuparisulattojen päästömääriä. Jos tämä ei ole mahdollista, niin seuraavakasi paras tapa päästömäärien vähentämiseen olisi oikean teknologian valitseminen.Description
Supervisor
Louhi-Kultanen, MarjattaThesis advisor
Sarwar, GolamRoine, Antti