1886年，美国大学生霍尔和法国大学生埃鲁几乎同时独立发明了电解熔盐提取铝的工艺，并分别获得专利。 1888年，霍尔建造的铝厂投产，生产原铝。 从此，人们把这种冰晶石-氧化铝熔盐电解法称为Hall-Elu法。
2019 年，美国铝业公司 (Alcoa) 和力拓集团 (Rio Tinto) 的合资企业 Ethesis 生产出了世界上第一个零碳排放原铝。 大约相隔一年或更长时间，俄罗斯联合铝业公司和海德鲁铝业公司也分别生产了零碳排放铝。 从1888年到2019年的131年间，商业铝生产的原理和工艺没有改变，但电解槽的结构却在不断变化。
自上世纪铝冶炼电解技术大规模应用以来，人们一直希望霍尔-赫柔电解法只产生O2。 理论上，使用惰性阳极可以实现氧化铝的直接还原，而不排放二氧化碳。 2006年左右，采用金属惰性阳极生产了25kA惰性阳极电解槽，证实了使用惰性阳极的可行性。 2019年，Ethesis在美国圣安东尼奥举行的TMS会议上宣布推出惰性阳极和稳定阴极。
截至目前，世界铝行业已成功开发了三种零碳排放惰性阳极铝电解技术：Ethesis的EthesisTM技术、俄罗斯联合铝业的惰性阳极工艺、海德鲁铝业的近零铝排放Halzero工艺。 。
我国也非常重视惰性阳极铝电解技术的研发。 东北大学、中南大学等机构自2008年起对惰性阳极材料及其特性进行了10余年的研究开发，科技部批准立项新材料技术重大专项之一国家“863”项目领域——“新一代铝电解金属陶瓷复合电极的制备技术”项目，以及后续的“973”项目都将惰性阳极的研发作为重点。 我国铝业集团郑州研究院联合中南大学等单位，于2005年至2006年成功进行了惰性阳极和可湿性阴极相结合的4kA级新型结构电解槽的生产试验。
开发惰性阳极技术的关键是找到合适的阳极材料。 阳极工作环境极其恶劣——高温、高腐蚀性熔盐、高电流密度。 阳极必须同时具有高导电率、高强度、耐高温、高耐腐蚀性、难溶于电解液等特点。 因此，研究惰性电解技术和制造惰性阳极电解槽是一项极其艰巨和复杂的任务。 同时，根据国际铝业协会的数据，该地区15%的碳排放直接来自铝冶炼和电解过程。 惰性阳极铝电解槽技术采用不燃烧陶瓷材料或合金，不产生CO2，对减少碳排放很有帮助。 意义。
电解技术
2018年，力拓和美国铝业公司联合宣布开发革命性的制铝工艺，称为EthesisTM技术，并成立Ethesis公司。 其中，力拓的技术团队负责商业应用的EthesisTM设备的设计，美铝公司的技术中心负责EthesisTM阳极和阴极材料的研发以及阳极和阴极的制备。 据估计，如果加拿大原铝行业全部采用EthesisTM技术，每年将减少温室气体排放约7000吨，相当于180万辆家用汽车每年的温室气体排放量。 2019 年底，Ethesis 生产出了世界上第一批使用惰性阳极的商业铝锭。 这些铝锭的铝含量≥99.7%，完全符合标准要求，相当于标准中P1020原铝锭的成分。 全部被苹果抢购一空。
力拓铝业表示，魁北克将成为商业惰性阳极电解槽技术的发源地、阳极和阴极材料供应基地以及新型电解槽设计和制造中心。 魁北克省的铝厂将利用水力发电和EthesisTM技术来生产世界上最多的二氧化碳。 ElysisTM 铝锭具有最低的碳足迹，将铝生产提升到一个新的水平，显着减少汽车、智能手机、建筑/结构以及食品和饮料包装等各个领域使用的铝的碳足迹。 采用ElysisTM铝材制成的苹果手机已于较早前推出，而采用EthesisTM铝压铸件制成的奥迪e-Tron GT汽车轮毂也已于2021年推出上路。
Ethesis的下一步目标是：尽快完成450kA惰性阳极电解槽的商业化生产和工程项目； 建设惰性材料和惰性阳极整机生产工厂，以及阴极材料和阴极块生产工厂。 一旦450kA惰性阳极电解槽生产进入稳定化和商业化阶段后，我们就开始基于EthesisTM技术设计更大容量的惰性阳极电解槽。
俄罗斯联合铝业公司
惰性阳极试制
2021年10月，俄罗斯联合铝业公司宣布，该公司已在克拉斯诺亚尔斯克铝厂采用新一代惰性阳极电解槽试产99.7%Al原铝。 他们使用的这种低碳原铝锭注册为“ALLOWINERTA”。 试验电解槽电流强度为140kA，每槽每天可生产原铝约1t。 俄罗斯水力资源丰富。 利用水力发电和惰性阳极电解槽提取原铝可以生产碳足迹最低的原铝，CO2当量排放量不到目前传统电解方法排放量的1/10。
俄罗斯联合铝业公司是惰性阳极电解槽及其原铝提取技术开发领域的领导者。 是全球第一家采用惰性阳极工艺大规模生产原铝的公司。 大约从2012年开始，该公司一直在开发惰性阳极材料，并试制了几种不同类型的电解槽。 2015年，该公司率先在克拉斯诺亚尔斯克铝厂的试验槽中使用试验性惰性阳极电解槽生产低碳铝。 目前该厂140kA惰性阳极中试罐可产铝1t/d。 克拉斯诺亚尔斯克铝厂各铝生产环节使用的能源均为清洁绿色水电，使得140kA惰性电解槽生产的原铝碳足迹低至0.01 CO2 eqt/tAl，仅相当于传统铝工艺生产原铝排放量约为12t/tAl的1/1000。
俄罗斯联合铝业公司生产的这款超低碳足迹铝锭的注册商标为ALLOWINERTA。 惰性阳极电解槽及其生产工艺的长期可持续性是其强大生命力的关键。 目前，公司科技工作者正在加大这方面的努力。 未来，俄罗斯铝业在该领域的首要工作重点是推广和扩大ALLOWINERTA铝材的应用。 例如与Ball公司合作，使用该铝制备的铝合金罐生产饮料罐，与百威公司、Campak公司、Elval公司合作，使用ALLOWINERTA低碳铝制备的铝合金带材冲制各种包装罐。 同时，在建设新的原铝项目以及重建和扩大现有的原铝生产时，都会使用惰性阳极电解槽。
海德鲁铝业公司
近零原铝生产技术
挪威海德鲁铝业公司是铝行业知名的低碳铝生产商。 中国承诺到2030年将碳排放量减少20%，到2050年实现净零排放。
1990年至2020年间，挪威海德鲁铝业公司位于挪威的原铝工厂已将碳排放量减少了70%。 在此期间，虽然原铝产量从600吨/年增加到1000吨/年，但碳排放量仍然减少了55%。 目前，海德鲁铝业已进入减碳第二阶段，即专利HalZero工艺的开发和试用。 当电解铝将氧化铝转化为氯化铝时，氯和碳保持在闭环中，使原料铝完全脱碳。 海德鲁近年来一直致力于该技术的实验室规模开发，并制定了到 2030 年在工业规模上试点该技术的路线图。
海德鲁铝业多年来一直在实验室开发 HalZero 工艺，首先在挪威 Porsgrund 创建了一个模拟生产罐，后来又建造了工业规模的 HalZero 设备。 目前，海德鲁铝业公司已开展HalZero工艺的中试阶段。
海德鲁铝业公司表示，为了实现减碳目标，HalZero项目只是主要措施之一，其他措施还有很多，比如：增加废铝的利用，特别是旧废料的回收利用； 尽可能多地使用可回收材料可再生新能源； 开发上游产品高效脱碳新工艺，加强铝土矿开采和氧化铝生产脱碳技术； 大力加强碳捕集技术等的研发。
惰性阳极电解槽和
传统电解槽参数对比
根据姚世焕先生的材料，惰性阳极是消耗性的，而阴极是固定的，但阳极到阴极的距离（ACD）在生产过程中不会发生变化，不会出现磁流体动力学不稳定。 因此，可以使用比较长的时间。 在小ACD条件下运行。 然而，ACD必须产生足够的热量来满足电解过程和发热。 槽的保护衬里是电解热平衡的一部分。 阳极的 60° 角将氧气引导至上表面，避免铝珠再次氧化。 360kA惰性阳极槽的内部热损失从碳阳极电解槽的647kW减少到314kW。 要实现如此巨大的改变，阳极夹的数量可以从40个减少到20个，以缩短罐壳长度，但内村保持不变。 经过这样的改造后，360kA惰性阳极槽的参数如表1所示。
表1 Hall-Herou电解槽和惰性阳极电解槽工艺参数
我国铝电解温室气体近零排放技术的研发仍需加强。 我国是铝工业大国，发展零碳排放铝电解技术是我国铝工业广大科技工作者的责任。
