Стратегии сокращения углеродного следа операций по добыче стриптиза

По данным Международного совета по горному делу и металлам, на долю полосовой добычи, также известной как добыча на открытых площадках, приходится примерно 40% всех выбросов парниковых газов в мире. В отличие от подземной добычи, полосовая добыча удаляет целые слои почвы и горных пород для доступа к минеральным швам, процесс, который требует огромного количества энергии для взрывов, перевозки, дробления и транспортировки материалов. Используемое тяжелое оборудование - драгоны, экскаваторы на ковшах, грузовые автомобили - в подавляющем большинстве работает на дизельном топливе, что делает сжигание топлива единственным крупнейшим источником выбросов. Сокращение углеродного следа этих операций - это не просто экологический императив; это все более и более финансовый, поскольку цены на углерод и давление инвесторов меняют отрасль. В этой статье рассматриваются проверенные стратегии, которые операторы могут развернуть для сокращения выбросов, не жертвуя производительностью или безопасностью.

Углеродный след операций по добыче полос

Для эффективного сокращения выбросов операторы должны сначала понять, откуда они берутся. В типичной шахте с полосой доминируют три вида деятельности: расчистка земель и удаление перегрузки, перевалка материалов и переработка или обогащение. Удаление перегрузки включает в себя удаление до 30 метров породы и почвы, часто с использованием экскаваторов на дизельном топливе и десятков грузовых автомобилей, которые работают 20 часов в день. Только перевозка может составлять 50-60% от общего потребления энергии шахты. Оставшиеся выбросы приходят от бурения, взрывов, погрузки, дробления и транспортировки руды в железнодорожный или порт. Например, австралийский горнодобывающий сектор ежегодно выделяет примерно 1,8 миллиарда тонн CO2-эквивалента, причем углеродный след мировой горнодобывающей промышленности может увеличиться на 45% к 2030 году, поскольку спрос на минералы растет для инфраструктуры возобновляемых источников энергии.

На интенсивность выбросов влияют несколько факторов: глубина месторождения, возраст и эффективность оборудования, качество топлива и близость к перерабатывающим объектам. Старые шахты часто полагаются на оборудование, которому 10-15 лет, разработанное до того, как существовали более строгие стандарты выбросов. Замена или модернизация этого парка является многолетним капитальным решением, но это дает самое глубокое сокращение выбросов. Кроме того, энергетический баланс на шахте имеет значение. Шахты, подключенные к сети, работающей на угле, будут иметь более высокие косвенные (Scope 2) выбросы, чем те, которые используют гидроэлектроэнергию или природный газ. Операторы должны решать как прямые (Scope 1), так и косвенные источники, чтобы претендовать на подлинное сокращение выбросов углерода.

Принять более чистые технологии

Электрификация мобильного оборудования

Наиболее впечатляющим технологическим сдвигом является электрификация. Несколько шахт уже являются пионерами в области аккумуляторных электрических грузовых автомобилей. В 2022 году шведская горнодобывающая компания Boliden протестировала полностью электрический грузовик из Epiroc на своем руднике Канкберг, сообщив о 30%-м сокращении общей стоимости энергии на тонну перемещенного. В то время как емкость аккумулятора исторически ограничивала диапазон электрических грузовиков, литий-железофосфатные (LFP) и твердотельные батареи теперь обеспечивают достаточную энергию для полного сдвига на одной зарядке, даже для грузовиков класса 100 тонн. Операторы также могут устанавливать электрические системы помощи троллейбусам на крутых рампах. По мере того, как грузовик поднимается по рампе, он потребляет энергию от воздушных кабелей, снижая потребление дизельного топлива до 50% на этом уровне. Технология уже стандартна на шахтах, таких как Kevitsa в Финляндии и развертывается на железной руде Pilbara Rio Tinto.

Сокращение и перемещение на возобновляемой энергии

Сокрушительные и конвейерные системы являются основными кандидатами на электрификацию. Конвейеры, будучи электрифицированными, могут питаться от солнечных батарей или ветряных турбин на месте, и они заменяют десятки дизельных грузовиков. В шахтах, таких как Грасберг в Индонезии и Чукикамата в Чили, принимаются системы дробления и транспортировки в ямах, сокращая использование топлива на 20-30%. Новые конструкции МГЭИК также интегрируют регенеративное торможение: по мере того, как материал движется вниз по конвейеру, двигатель действует как генератор, подавая энергию обратно в микросеть шахты. Совмещение МГЭИК с возобновляемой энергией вне сети может привести к нулю выбросов Scope 1.

Альтернативные виды топлива и гибридные системы

Для шахт, которые не могут электрифицировать каждое оборудование в краткосрочной перспективе, гибридные системы и альтернативные виды топлива предлагают среднесрочное решение. Водородные топливные элементы, например, могут питать большие грузовые автомобили с нулевыми выбросами выхлопных газов. Anglo American тестирует водородный грузовик на своем платиновом руднике Могалаквена в Южной Африке, с прототипом, который, как ожидается, будет перевозить более 300 тонн руды. Биодизель из отработанных масел, при смешивании с обычным дизельным топливом, снижает чистые выбросы CO2 на 20-80% в зависимости от исходного сырья. Несколько австралийских шахт теперь используют смеси B20 (20% биодизель) в своих парках. Аналогичным образом, сжатый природный газ (CNG) и сжиженный природный газ (LNG) производят примерно на 25% меньше CO2, чем дизельное топливо и испытываются в стационарных энергоблоках и некоторых транспортных приложениях. Ни один из них не идеален - биодизель требует больших объемов земли для исходного сырья, и водород сталкивается с проблемами хранения - но они обеспечивают мост для полной электрификации.

Оптимизация операционной эффективности

Продвинутая аналитика и цифровые близнецы

Повышение эффективности не всегда требует новых двигателей. Операции по добыче все чаще используют цифровые двойные модели для моделирования каждого этапа процесса извлечения, выявления узких мест, которые отнимают топливо. Например, цифровой двойник полосовой шахты в бассейне реки Поудер в Вайоминге показал, что грузовые автомобили тратят в среднем 35 минут на холостяцкое время в ожидании погрузчиков. Перепланируя доступность дробилки и перенаправляя грузовики, операторы сократили время простоя на 60%, сократив потребление дизельного топлива на 450 000 литров в год. Данные в реальном времени от GPS, телеметрия пит-масштаба и датчики расхода топлива позволяют диспетчерам назначать грузовики на наиболее эффективные маршруты перевозки, избегать заторов и сопоставлять емкость грузовика с производительностью погрузчика.

Прогнозное обслуживание

Регулярный отказ оборудования заставляет шахты запускать резервные блоки, которые часто старше и менее эффективны. Предиктивное техническое обслуживание использует анализ вибрации, отбор проб масла и тепловизионную съемку для обнаружения износа до поломки. Поддерживая двигатели в пиковом состоянии, шахты поддерживают оптимальную топливную эффективность - хорошо настроенный дизельный двигатель сжигает на 10-15% меньше топлива на тонну, чем плохо обслуживаемый. Предиктивные модели также планируют обслуживание во время изменений смены, устраняя время простоя, которое в противном случае потребовало бы дополнительных пробегов. Мины, которые приняли прогнозное техническое обслуживание, сообщают о сокращении незапланированного простоя на 15-20% и соответствующем падении выбросов от ненужного холостого хода.

Комплексное планирование горных работ

Операционная эффективность должна планироваться с самого начала. Планы шахт, которые последовательность удаления отходов и добычи руды для минимизации расстояния тяги может резко сократить выбросы. Например, вместо удаления перегрузки со всей ямы в виде одного блока, поэтапная разборка постепенно раскрывает руду при повторном заполнении более ранних областей отходов. Этот метод, называемый «совместной рекультивацией», уменьшает общий объем материала, перевозимого на 15-30%. Аналогичным образом, геометрия ямы, которая использует более плоские пандусы и более короткие горизонтальные расстояния, экономит топливо, даже если общий объем добычи может быть больше. Расширенное программное обеспечение, такое как MineSight или Datamine, может оптимизировать эти конструкции как по стоимости, так и по интенсивности углерода.

Использование возобновляемых источников энергии

На месте: солнце и ветер

На шахтных участках часто есть обширные участки очищенной земли - идеально подходит для солнечных батарей коммунального масштаба. На медно-урановой шахте BHP в Южной Австралии уже используется солнечная ферма мощностью 10 МВт для питания своей перерабатывающей станции, сокращая потребление электроэнергии в сетях на 12%. Для автономных шахт микросети солнечной батареи могут полностью заменить дизельные генераторы в светлое время суток. Исследования Института Скалистых гор показывают, что замена дизельного генератора мощностью 5 МВт на систему хранения солнечной энергии снижает затраты на топливо на 40% и выбросы на 1200 тонн в год. Ветровая энергия также жизнеспособна в регионах с высоким ветром, таких как медный пояс Патагонии или Большой бассейн Невады, где несколько шахт установили турбины вместе с солнечной, чтобы достичь почти 100% возобновляемых операций в пиковые периоды производства.

Геотермальное и отработанное теплоснабжение

Некоторые районы добычи полезных ископаемых расположены над геотермальными горячими точками. В Исландии и Восточной Африке геотермальное тепло используется для сушки рудных и предтепловых резервуаров, заменяя котлы, работающие на топливе. Системы рекуперации тепла на горном оборудовании являются еще одной недостаточно используемой возможностью. Дизельный двигатель преобразует только около 35% топливной энергии в механическую работу; остальное ускользает в виде тепла. Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) могут захватывать часть этого тепла и преобразовывать его обратно в электричество для датчиков мощности, огней и небольших насосов. Хотя еще не рентабельны для больших нагрузок, ТЭГ могут снизить паразитные нагрузки на двигатели грузовых автомобилей на 3-5%, небольшой, но измеримый прирост.

Зеленый водород для внесетевых операций

Для удаленных шахт, где подключение к сети невозможно, зеленый водород, производимый на месте с помощью электролиза на солнечной энергии, может декарбонизировать процессы с высокой температурой. Водород тестируется для прямого сокращения железной руды на таких объектах, как пилот HYBRIT в Швеции, и он также может питать тяжелые генераторы в облачные или неподвижные периоды. Стоимость электролизеров упала на 60% с 2019 года, что делает производство водорода на месте все более жизнеспособным для шахт с длинным операционным горизонтом. Три африканских медных рудника теперь планируют водородные микросети для замены своих дизельных установок к 2026 году.

Осуществление мелиорации и лесовосстановления

Углеродная секвестрация через восстановление земель

Добыча полос оставляет после себя большие участки бесплодной земли. Восстановление этой земли - сортировка куч трофеев до оригинальных контуров, замена верхнего слоя почвы и посадка местной растительности - создает поглотитель углерода. Хорошо разработанная программа ревегетации может улавливать 2-5 тонн CO2 на гектар в течение первого десятилетия после посадки, в зависимости от климата и выбора видов. Местные леса поглощают больше, чем монокультурные травяные растения; например, восстановление лесов бывшей угольной шахты в Аппалачи со смешанными лиственными породами улавливает в три раза больше углерода в течение 30 лет, чем просто высевание пастбищными травами.

Биоуголь и почвенная поправка

Новые методы рекультивации включают биоуголь, полученный из отходов древесины или остатков шахты, в восстановленную почву. Биоуголь очень стабилен и может блокировать углерод на протяжении веков, улучшая удержание воды и доступность питательных веществ для растений. Исследование на регенерированной шахте молибдена в Колорадо показало, что добавление 10 тонн биоугольного угля на гектар увеличило хранение углерода на 8 тонн в течение пяти лет по сравнению с неизмененной почвой. Мины могут производить биоуголь, пиролизируя древесную биомассу, очищенную во время первоначальной очистки, превращая поток отходов в долгосрочный углеродный актив.

Реставрация прибрежных и водно-болотных угодий

Для шахт, расположенных вблизи береговых линий или рек, восстановление мангровых зарослей или прибрежных водно-болотных угодий предлагает исключительно высокие показатели поглощения углерода - до 10-15 тонн на гектар в год. Шахта Грасберга в Индонезии, хотя и не является шахтой-полоской, вложила значительные средства в восстановление мангровых зарослей в прилегающих устьях, чтобы компенсировать свои выбросы. Хотя эти проекты и дорогостоящие, они приносят сопутствующие выгоды для биоразнообразия и местных сообществ, что делает их привлекательными в рамках программ углеродного кредитования, таких как Verra's Verified Carbon Standard (VCS).

Поощрение нормативного соответствия и сертификации

Обязательная отчетность и торговля капиталом

Правительства ужесточают правила выбросов для горнодобывающей промышленности. Канада, Австралия и ЕС теперь требуют, чтобы крупные шахты сообщали о выбросах в объеме 1, 2 и 3 в год. В юрисдикциях с ценами на углерод, таких как налог на выбросы углерода в Британской Колумбии в размере 80 долларов США / тонна, операторы имеют прямой финансовый стимул для сокращения выбросов. Крупный рудник, выбрасывающий 500 000 тонн CO2 в год, экономит 40 миллионов долларов США в год, сокращая свой след на 10%. Системы ограничения выбросов в Калифорнии и Квебеке также ограничивают общие выбросы, заставляя высокопроизводительные шахты покупать надбавки или инвестировать в компенсации.

Цепи сертификации (например, ICMM, IRMA)

Добровольные рамки сертификации обеспечивают дорожные карты для постоянного улучшения. Международный совет по горному делу и металлам (ICMM) требует от компаний-членов установить цели по сокращению выбросов углерода, согласованные с Парижским соглашением. Инициатива по ответственному обеспечению добычи полезных ископаемых (IRMA) присуждает кредиты за использование возобновляемых источников энергии, энергоэффективность и компенсации выбросов углерода. Аудит IRMA 2022 года на крупном медном руднике в Чили подтвердил, что площадка сократила потребление электроэнергии в сетях на 18% и преобразовала 30% своего мобильного парка в электрический, заработав самый высокий уровень сертификации. Эти сертификаты не только привлекают инвесторов, ориентированных на ESG, но и могут обеспечить льготные условия от покупателей, которым требуются цепочки поставок с низким содержанием углерода.

Углеродные рынки и оффсеттинг

Даже самые эффективные меры не могут устранить все выбросы. Скидки от мелиорации, лесовосстановления и предотвращения обезлесения позволяют шахтам достигать чистых нулевых целей. Рынок углеродных кредитов, как ожидается, достигнет 50 миллиардов долларов к 2030 году. Несколько горнодобывающих компаний, включая Glencore и Rio Tinto, приобрели кредиты от проверенных проектов по углеродному лесу в Южной Америке и Юго-Восточной Азии. Однако критики утверждают, что компенсация может задержать инвестиции в прямое сокращение выбросов. Инициатива Science Based Targets (SBTi) рекомендует использовать компенсации только для остаточных выбросов после полного осуществления агрессивных прямых сокращений.

Содействие вовлечению сообщества и заинтересованных сторон

Сопроектирование решений с учетом знаний коренных народов

В Австралии люди Марту сотрудничали с горнодобывающими компаниями в планировании последовательностей восстановления растительности, которые согласуются с практикой сжигания коренных народов, что снижает риск лесных пожаров и усиливает секвестрацию углерода. Включение местных знаний не только повышает эффективность мелиорации, но и укрепляет доверие, снижая риск дорогостоящих протестов или задержек проекта.

Соглашения о прозрачности и совместном использовании выгод

Общины вблизи шахт часто несут основную тяжесть экологического ущерба. Прозрачная коммуникация о целях сокращения выбросов, данных мониторинга и воздействии на здоровье имеет важное значение. Формальные соглашения о совместном использовании выгод, которые распределяют процент доходов от углеродных кредитов на местные проекты развития, могут привести в соответствие стимулы сообщества и компании. Например, золотой рудник в Гане делит 5% своих доходов от компенсации выбросов углерода с окружающими деревнями для финансирования водяных насосов на солнечной энергии и лесовосстановления общинных лесов - создавая видимую выгоду, которая поощряет местную поддержку усилий по сокращению выбросов.

Образование и стимулы для работников

Наконец, работники шахты должны понимать и отстаивать сокращение выбросов. Учебные программы по экономичному вождению, надлежащим процедурам остановки оборудования и безопасности возобновляемых источников энергии могут снизить ненужное потребление. Некоторые шахты теперь предлагают финансовые бонусы для операторов, которые поддерживают самый низкий расход топлива за смену. Пилотная программа на угольной шахте в Западной Вирджинии показала снижение общего использования дизельного топлива на 4% после реализации схемы распознавания «зеленого оператора». Занятые сотрудники становятся активными решателями проблем, предлагая улучшения, которые могут быть не очевидны для руководства.

Измерение прогресса и перспективы на будущее

Сокращение углеродного следа добычи стрипов — это не одноразовый проект, а непрерывный цикл измерений, инноваций и адаптации. Операторы должны отслеживать ключевые показатели эффективности (KPI), такие как килограммы CO2 на тонну перемещаемого материала, проникновение возобновляемых источников энергии и поглощение углерода. Ежегодный бенчмаркинг против отраслевых конкурентов — с использованием ресурсов, таких как база данных выбросов Global Mining Guidelines Group — помогает определить лучшие практики.

В следующем десятилетии произойдут кардинальные изменения. Международное энергетическое агентство планирует увеличить добычу критически важных полезных ископаемых на 300% для достижения целей по чистой энергии, даже если сама отрасль декарбонизируется. Эта «двойная задача» делает стратегии, изложенные здесь, не просто приятными, но и необходимыми для выживания. Шахты, которые включают электрификацию, интеграцию возобновляемых источников энергии, операционную эффективность и подлинное партнерство с сообществом, будут снижать затраты, привлекать капитал и обеспечивать долгосрочную социальную лицензию. Те, кто игнорирует риск перехода на углерод, становятся застрявшими активами, поскольку регулирование ужесточается, а рынки требуют более чистых цепочек поставок.

Применяя более чистые технологии, оптимизируя операции, используя возобновляемые источники энергии, восстанавливая землю, соблюдая нормативные стандарты и привлекая заинтересованные стороны, операции по добыче полос могут значительно сократить их углеродный след, способствуя более здоровой окружающей среде и более устойчивой добыче ресурсов. Путь к добыче с нулевым уровнем выбросов крут, но первый шаг уже делается в ямах по всему миру.