Evaluation of the integration of solar and mining industries through a life cycle assessment

Abstract

This work reports the application of the Life Cycle Assessment (LCA) technique to the analysis of the main copper production processes in the Chilean context. The goal of the study was to estimate the environmental benefit, in terms of Global Warming Potential (GWP), that can be achieved with more intensive use of solar technologies to produce energy for the Chilean mining industry. Specifically, the copper industry and its GWP are the focus of the work. A baseline for current GWP of pyro and hydrometallurgical copper processes was built, using 2014 average data for the Chilean industry. Pyro-processes are estimated at 4.901 [kgCO2eq(ton Cu)-1] and hydro-processes at 3.960 [kgCO2eq(ton Cu)-1]. Most of the overall Green House Gases (GHG) emissions for each type of process are electricity-related (87% in pyro-process and 76% in hydro-process). Photovoltaic (PV), Concentrated Solar Power CSP, and solar thermal technologies were assessed. For pyro-process GWP decreases 10% when integrating PV and 35% when integrating CSP. And for hydro-process GWP decreases 14% with PV, 48% with CSP and 4% when employing solar thermal technology. The highest GWP reduction is achieved when both CSP and solar thermal technologies are integrated in hydro-process. 2.090 [kgCO2eq(ton Cu)-1] are saved and GWP of this process decreases 53%. Suggestions for future steps of this research are: perform technical feasibility and economic evaluations of proposed alternatives, evaluation of other mixed technologies scenarios, improving process step-resolution in the models, and adopting a process-comprehensive approach (understanding the purpose of every energetic resource in the process). This will allow to achieve a better comprehension of the processes under study and propose new alternatives for solar technology integration in mining industry. El presente trabajo da cuenta de la implementación del método de Análisis de Ciclo de Vida (LCA, por su sigla en inglés) a los principales procesos productivos del cobre en el contexto chileno. El objetivo de este trabajo es estimar el beneficio ambiental que se podría alcanzar con un uso más intensivo de tecnologías solares en la industria minera nacional. Específicamente, el trabajo se enfoca en el potencial de calentamiento global (GWP por su sigla en inglés) de la industria de cobre. Se construyó una línea base para el GWP de los procesos piro e hidrometalúrgicos, considerando las condiciones actuales y empleando datos promedios para la industria chilena para 2014. Las emisiones del proceso pirometalúrgico se estiman en 4.901 [kgCO2eq(ton Cu)-1] mientras las del hidrometalúrgico en 3.960 [kgCO2eq(ton Cu)-1]. La mayoría de las emisiones totales de Gases de Efecto Invernadero para cada tipo de proceso provienen de la generación eléctrica (87% en pirometalurgia y 76% en hidro). Se evaluaron las tecnologías fotovoltaica (PV), solar de concentración (CSP) y solar térmica. La mayor reducción del GWP se logra al integrar CSP y solar térmica en el proceso hidrometalúrgico. Se dejan de emitir 2.090 [kgCO2eq(ton Cu)-1] y el GWP disminuye en un 53%. En pirometalurgia GWP disminuye 10% cuando se integra PV y 35% con CSP. Y en hidrometalurgia GWP disminuye 14% con PV, 48% con CSP y 4% con solar termal. Para los próximos pasos en la investigación se sugiere: realizar análisis económicos y de factibilidad técnica para las alternativas propuestas, evaluar la utilización de otras combinaciones de tecnologías solares, aumentar la resolución en etapas con la que se representa las líneas productivas y adoptar un enfoque de comprensión del uso de los recursos energéticos en el proceso (process-comprehensive approach). Esto permitirá lograr una mejor comprensión de los procesos en estudio y proponer nuevas alternativas para la integración de tecnologías solares en minería.