在通往零排放的道路上:采矿业如何努力实现无温室气体的露天采矿
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。实现采矿业脱碳路线图的挑战需要根据运营情况进行调整，解决脱碳的关键支柱:能源效率、混合动力、微电网整合、替代车辆、矿山设计以及对替代能源的工艺适应。具体来说，需要解决的关键挑战之一是对柴油的依赖。
采矿船队是行业现场温室气体(GHG)排放的主要来源之一。露天矿山的移动采矿设备可以占到现场温室气体排放量的30%，如果矿山没有连续的冶炼或精炼设施，则高达80%。大型矿用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)启动了创新清洁安全车辆(ICSV)倡议，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开发的创新并改进现有车辆。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计划的目标是到2040年实现无温室气体的露天采矿车辆，解决范围1排放的主要来源，即拥有或控制源的直接排放(即露天采矿车队的排放)。
我们怎么去那里?
我们与ICSV工作组合作，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，我们评估了代表ICMM成员公司露天采矿作业/运输概况的七种采矿应用，并分析了可以支持减少温室气体排放的技术。
随着具有不同类型地表作业的矿业公司继续加强其对气候行动的承诺，多学科和跨部门的团队方法对于提供脱碳途径的指导至关重要。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仿真模型。该模型能够分析采矿运输卡车在以下七种露天采矿应用的全工作周期内的能源消耗和温室气体排放:
- 长距离平车(最长30公里)
- 短距离平车(不超过5公里)
- 下坡长途运输
- 上坡长途运输
- 下坡短距离牵引
- 上坡短拖
- 拖运(最长5公里)
一旦为每一种应用制定了概况，就必须确定温室气体减少技术目前和未来的可行性，以支持新一代采矿卡车。该研究分析了目前商用和新兴技术的现状，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。
根据ICMM的要求，我们只考虑了转型技术，没有考虑物料搬运的替代方法(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实现成功的脱碳途径至关重要。
除了减少温室气体战略外，还为适用于露天采矿卡车的下列每一种转型技术编制了资本支出和业务费用估计数以及碳保存的平均成本计算:
- 生物柴油B100的使用
- 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
- 接触网纯电动汽车(即与电车辅助配套)
- 氢燃料电池汽车(fcev)
我们学到了什么?
虽然这些技术为使露天采矿卡车的工作周期无温室气体排放提供了明确的途径，但在应用于不同的露天采矿应用时，每种途径都有不同的优点、缺点、机遇和挑战。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技术途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整合;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。
- 使用生物柴油B100的混合动力汽车:配备B100的混合动力汽车需要考虑与上述类似的问题，同时还需要更高的电池能量密度和更短的充电时间，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，没有电车辅助的纯电动汽车对充电基础设施的要求更高。在竞争性电力成本和主要是下坡装载的运输情况(即再生制动)的背景下，这种技术途径对采矿作业具有很高的经济潜力。
- 悬链线成为:除了与非接触网电动汽车类似的考虑外，带电车辅助的电动汽车还集成了一种成熟的技术，如果接触网基础设施过于频繁地搬迁，成本可能会过高。然而，对于上行负载的运输剖面，接触网基础设施可以连续保留数年，接触网电动汽车的优势(例如，与非接触网电动汽车相比，充电要求更低，上坡速度更快)可以充分实现。
- 氢FCEVs:与纯电动汽车相比，氢燃料电池汽车提供了更清晰的途径，将氢燃料电池和电池集成到大型、超级运输卡车中。虽然与纯电动汽车相比，从电网到车轮的能源效率较低，但fcev(取决于动力系统配置)的续航里程比纯电动汽车长，从而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途径的实施挑战中仍然存在很大的不确定性，但毫无疑问，露天采矿作业范式需要进行调整，以适应无温室气体露天采矿卡车的使用，并确保高生产率和操作灵活性，以及低总拥有成本。
这个博客是基于演示文稿“确定零排放地面运输卡车的实施途径，以减少第一类温室气体排放”作者:Michael Bobotis加拿大矿业、冶金和石油协会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:矿工探索氢动力运输卡车的使用”，其中包括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。在过去的九年中，Michael作为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Hatch专注于采矿创新的一部分，Michael一直致力于促进采矿作业的最佳实践标准和创新技术和管理实践。