Krediet: Pixabay/CC0 publiek domein
Een ingenieursbureau uit Seattle bouwt een van ’s werelds eerste emissievrije motoren voor een enorme mijnbouwtruck in een magazijn vol met ‘Star Wars’-memorabilia en machines die zijn vernoemd naar ‘Saturday Night Live’-personages.
Het bedrijf, First Mode genaamd, wordt geleid door een voormalige NASA-raketwetenschapper. Het zal binnenkort de motor van 45.000 pond naar een Zuid-Afrikaanse platinamijn verschepen, waar het de motor zal installeren in een dumptruck ter grootte van een bungalow.
“Succes voor ons en voor onze klant is om iedereen te laten zien dat je dit in een actieve operatie kunt gooien … en het kunt laten werken”, zegt Chris Voorhees, CEO van First Mode.
Voorhees en zijn team bouwen en testen verschillende machines voor klanten, waaronder ruimteapparatuur en schone-energietechnologie voor mijnen. Onlangs deed het bedrijf zelfs een poging om een racevoertuig zonder koolstofuitstoot te bouwen om deel te nemen aan de Baja 1000, een slopende Mexicaanse offroad-race van ongeveer 850 mijl lang.
In 2019 tekende First Mode een deal met Anglo American, een Britse mijngigant van 30 miljard dollar. Met het contract van $ 13,5 miljoen bouwde First Mode een motor zonder CO2-uitstoot voor een “haul truck” die bijna 300 ton steen vervoert. Vrachtwagens rijden normaal gesproken op vuile dieselbrandstof. De motor van First Mode, toepasselijker een krachtcentrale van 2 meter hoog en 4 meter lang genoemd, maakt gebruik van waterstofgas en lithium-ionbatterijen.
Door de meest koolstof-dure machine van de mijnbouw te vervangen door schone energie, willen de twee bedrijven “hun hele industrie in die richting krijgen”, zei Voorhees.
Ze hopen ook deuren te openen voor andere industriële processen om waterstofbatterijtechnologie te gebruiken voor energiebehoeften van deze schaal. Als het lukt, zien experts dat dit project druk uitoefent op andere bedrijven in de toeleveringsketen van de mijnbouw om hun eigen activiteiten te verduurzamen.
‘Een dampende stapel van problemen’
Dieselbrandstof is een van de oudste ondeugden van de mijnbouw. De kosteneffectiviteit en het hoge energieverbruik per gallon maken het de gemakkelijkste manier om industriële activiteiten aan te drijven.
Het probleem is, niet verwonderlijk, koolstofdioxide. Mijnbouw is verantwoordelijk voor het produceren van tot 7% van de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen, waarvan 75% kooldioxide.
First Mode zegt dat hun motor dat allemaal niet doet.
Het prototype van het bedrijf gebruikt gecomprimeerd waterstofgas in plaats van diesel. De motor scheidt elektronen van waterstofatomen en de elektronenstroom creëert een stroom die batterijen oplaadt en energie opslaat. De waterstofatomen – die eenzame protonen worden zonder hun elektronen – combineren met zuurstof om water te produceren, dat als afval wordt afgevoerd.
De motor ondergaat simulaties in Seattle, maar zal niet worden getest met een echte vrachtwagen totdat hij Mogalakwena, de Zuid-Afrikaanse mijn, bereikt.
Waterstofbrandstofcellen bestaan al tientallen jaren. Ze zijn getest met auto’s, vrachtwagens en vliegtuigen. Rapporten suggereren dat de markt voor waterstofapparatuur tegen 2050 jaarlijks $ 200 miljard zou kunnen bereiken.
Maar door schaarse laadstations en hoge kosten kon de waterstoftechnologie niet opschalen. En de uitdaging van First Mode – het aandrijven van mijnbouwvoertuigen – is “orde van grootte” groter dan wat eerder is gedaan, zei Voorhees. Terwijl het aandrijven van passagiersvoertuigen een kilowattprobleem is, hebben mijnen megawatt (of duizenden kilowatt) nodig.
Van alle machines in een mijn zijn vrachtwagens met transport het duurst. Grote vrachtwagens zijn goed voor meer dan 70% van het dieselverbruik op de mijnsites van Anglo American, zegt Julian Soles, hoofd technologie en duurzaamheid van het bedrijf.
Voorhees merkte op dat deze vrachtwagens 24 uur per dag rijden in stoffige, hete terreinomstandigheden. “Het is een dampende stapel van problemen is wat het is.”
“Ik ben onder de indruk dat [Anglo American is] de koe bij de horens vatten”, zegt Neal Sullivan, universitair hoofddocent aan de Colorado School of Mines.
De in Australië gevestigde Fortescue Metals Group kondigde in juli aan dat het klaar was met het bouwen van zijn eigen emissievrije motor en is begonnen met testen met vrachtwagens. Hoewel maar weinig mijnbouwbedrijven zijn begonnen met het expliciet bouwen van waterstofbatterijmotoren, hebben velen ambitieuze duurzaamheidsdoelen gesteld. Anglo American wil tegen 2040 klimaatneutraal zijn. Glencore en BHP, twee andere grote mijnbouwbedrijven, zeggen dat ze er tegen 2050 zullen zijn.
Metaalmijnbouwactiviteiten hebben in 2019 bijna 1,5 miljard pond gifstoffen in de lucht geloosd, waardoor het volgens de United States Environmental Protection Agency de industrie is die het meeste toxine afgeeft. Hoewel dat lager was dan in voorgaande jaren, is het nog steeds bijna drie keer hoger dan de op één na hoogste sector, de chemische activiteiten.
Naast vervuiling en koolstofemissies heeft mijnbouw veel nadelige gevolgen voor het milieu, waaronder waterverontreiniging, vernietiging van leefgebieden van dieren in het wild en de blootstelling van radioactieve elementen bij het verpletteren van stenen.
Succes met dit project zou “een serieuze deuk maken” in de mijnemissies, en werken aan hun doelen, zei Sullivan.
Waar NASA googly eyes ontmoet
De oprichters van First Mode waren aanvankelijk niet op zoek naar rotsen onder de grond. Het was precies het tegenovergestelde: ze begonnen met het zoeken naar rotsen in de ruimte.
Voorhees werkte 17 jaar bij NASA aan de verkenning van Mars. Later leidde hij Planetary Resources, een asteroïde-mijnbedrijf in Redmond. Toen het vouwde, richtten Voorhees en 10 collega’s hun gereedschap op natuurlijke hulpbronnen.
Net als in de ruimte hebben mijnbouwbedrijven geen controle over hun omgeving, vooral met toenemende sociaal-politieke, economische en klimaatproblemen, zei Voorhees. Maar het bouwen van machines met beperkte middelen was iets dat het team goed kende.
In 2018 werd First Mode geboren (het bedrijf wijst op zijn website dat het 14 maart was, of “Pi-dag”). Het bedrijf heeft nooit externe investeerders gezocht. In het afgelopen jaar heeft het team zijn personeelsbestand verdubbeld tot bijna 140, waardoor het zijn Sodo-faciliteit zo snel ontgroeide dat het geïmproviseerde kantoren heeft in parkeerplaatstrailers buiten.
Zoals bij elke andere build, is er druk geweest. “Het is al moeilijk genoeg om een functioneel prototype te bouwen dat het veld in gaat”, zegt Voorhees. “Tegelijkertijd hebben we de organisatie opgebouwd.” Er was geen deadline, maar de verwachting was “zo snel mogelijk”.
De tijdsdruk betekende dat First Mode alleen onderdelen kon gebruiken die al op de markt waren en geen belangrijke componenten vanaf het begin kon bouwen. Lokale winkels hielpen, met Boeing-leveranciers in de buurt. Maar het bedrijf bestelde brandstofcellen uit Canada, batterijen uit het VK, elektronica uit Zwitserland en waterstof uit Duitsland.
Toch houdt First Mode de sfeer licht. Kantoormedewerkers worden begroet door een stormtrooper en een salontafel met een afbeelding van Han Solo, bevroren in carboniet. Een magazijnkraan heeft twee googly-ogen ter grootte van een honkbal. Aanhangers zijn versierd met sierverlichting. De waterstofbatterijmotor heeft de bijnaam “Tonka” en twee elektrische omvormers ter grootte van een kast heten Hans en Franz, naar een schets van “Saturday Night Live” uit 1987.
“We werken aan behoorlijk belachelijke dingen,” zei Voorhees. De ruimtewortels van het bedrijf zijn nog springlevend en hebben zojuist hardware naar Californië gestuurd om te worden getest en geïnstalleerd op NASA’s Psyche Spacecraft om het te helpen communiceren met de aarde met behulp van lasers. “We nemen het serieus, we nemen onszelf alleen niet al te serieus.”
‘Druk’ uitoefenen op de supply chain
Waterstofbrandstofcellen hebben een bekende beperking: het produceren van waterstof zelf vereist veel energie, waarvan een groot deel tijdens het proces broeikasgassen veroorzaakt.
Anglo American pakt dit aan door zijn eigen waterstofproductie-installatie ter plaatse in Mogalakwena te bouwen met behulp van hernieuwbare energiebronnen. Mijnbouwvakpublicaties hebben gemeld dat ze grotendeels op zonne-energie zullen vertrouwen.
De beslissing om deze technologie te testen in Mogalakwena is ook opmerkelijk. Het is een van de grootste platinamijnen ter wereld en platina is een belangrijk materiaal dat nodig is voor de productie van brandstofcellen.
Het project vertegenwoordigt een bredere verschuiving in de mijnbouw. In plaats van individuele machines koolstofarm te maken, vragen bedrijven zich nu af hoe ze de uitstoot bij elke stap in hun toeleveringsketen kunnen elimineren.
Als dit lukt, zal Anglo American druk uitoefenen op vrachtwagenfabrikanten zoals Komatsu en Caterpillar om de ontwikkeling van emissievrije voertuigen te versnellen, zei Cornelius Pieper, die leiding geeft aan het Center for Climate & Sustainability van Boston Consulting Group.
Pieper voegde eraan toe dat vrachtwagenfabrikanten eerst de zekerheid van mijnbouwbedrijven nodig hebben dat er vraag is naar dergelijke voertuigen voordat ze investeren in het op grote schaal leveren van de technologie. “Dit is de druk die … een stuk tastbaarder wordt voor bedrijven in de hele waardeketen.”
Volgens Nikkei Asia zal Komatsu dit jaar beginnen met de ontwikkeling van zijn eigen waterstoftrucks, met als doel ze in 2030 klaar te hebben.
Toch aarzelen mijnbouwbedrijven om te innoveren, zegt Charlotte Gibson, een assistent mijnbouwprofessor aan de Queen’s University in de buurt van Toronto. Nieuwe technologie zoals deze moet worden getest in mijnen die al 24 uur per dag in bedrijf zijn, wat de toch al krappe producties die aan de grondstofprijzen zijn gekoppeld, zou kunnen verstoren.
“Iedereen is in een race om de tweede te zijn die een stukje technologie adopteert”, zei ze.
Voorhees zei dat Tonka Seattle niet zal verlaten voordat hij zeker weet dat het klaar is om te vertrekken. “Een hoofdstuk van het proces is voltooid wanneer het in een vliegtuig of een boot stapt”, zei hij. “We hebben het volgende hoofdstuk om het systeem samen te brengen met het voertuig. En daarna hebben we nog een hoofdstuk, namelijk het werken met het wagenpark ter plaatse.”
‘Dat is het plan voor de komende jaren,’ zei hij, ‘één mijnsite per keer.’
