Naukowcy z Karlsruher Institut für Technologie (KIT) i partnerzy demonstrują proces, który zmniejsza emisję gazów cieplarnianych w konwencjonalnej produkcji stali.
Naukowcy z Karlsruhe Institute of Technology (KIT) i grupy SMS opracowali nowy proces redukcji emisji CO2 w światowej produkcji stali o kilkaset milionów ton rocznie. Opiera się on na modernizacji technologii wielkopiecowej przy umiarkowanych nakładach inwestycyjnych i został już z powodzeniem zademonstrowany w zakładzie pilotażowym. Wyniki zostały opublikowane w impaktowanym czasopiśmie Energy Advances (DOI: https://doi.org/10.1039/D3YA00227F).
Około ośmiu procent światowej emisji CO2 pochodzi z przemysłu stalowego.
– Trzeba to szybko zmienić – mówi profesor Olaf Deutschmann z Instytutu Technologii Chemicznej i Chemii Polimerów (ITCP) w KIT
Przyznaje on, że nowe technologie wodorowe mogą w dłuższej perspektywie otworzyć drogę do neutralności klimatycznej. Minie jednak kilka lat, zanim na całym świecie dostępna będzie wystarczająca ilość zielonego wodoru, a nowe elektrownie zaczną działać.
– Kończy nam się czas w tym kryzysie klimatycznym i musimy podjąć środki zaradcze już teraz – dodaje profesor.
Nowy proces opracowany przez zespół badawczy Deutschmanna we współpracy z grupą SMS, Paul Wurth Entwicklungen i startupem KIT omegadot okazał się skuteczny również w konwencjonalnych elektrowniach.
– Potencjał jest bardzo duży. Oczekujemy, że doposażenie istniejących wielkich pieców przy umiarkowanych inwestycjach zmniejszy światową bezpośrednią emisję CO2 o dwa do czterech procent – podsumowuje Deutschmann.
Nowy proces zmniejsza emisje i oszczędza energię – zmienia oblicze żelaza
Instalacja pilotażowa w Saarland, gdzie nowy proces ekstrakcji żelaza jest już demonstrowany. (Zdjęcie: SMS group)
Surowiec ten jest zawarty w postaci utlenionej w rudach i ekstrahowany za pomocą redukcji, tj. usuwania tlenu, za pomocą koksu w wielkim piecu. Koks nie tylko wytwarza energię potrzebną do procesu stapiania, ale także służy jako czynnik redukujący w reakcji chemicznej.
– W tym konkretnym celu koks jest produkowany z węgla kopalnego w bardzo energochłonnym procesie. W naszym procesie odzyskujemy CO2 z gazu za pomocą gazu koksowniczego. Daje to syngaz z dużym udziałem wodoru, który może być stosowany jako substytut koksu w wielkim piecu – mówi Philipp Blanck z ITCP, który ściśle współpracował z grupą SMS w pilotażowym zakładzie będącym częścią huty.
W celu doposażenia istniejącego zakładu należy zmodyfikować grzejniki Cowpera. Następnie metan i CO2 z gazu koksowniczego oraz CO2 z gazu wielkopiecowego są przekształcane w syngaz – mieszankę wodoru i tlenku węgla. Proces ten, tak zwany suchy reforming, wymaga wysokiej temperatury, która pochodzi głównie z ciepła procesowego wielkiego pieca. Syngaz jest następnie wdmuchiwany do wielkiego pieca w celu wsparcia redukcji tlenku żelaza.
– W przeliczeniu na tonę wyprodukowanej stali można zaoszczędzić znaczne ilości koksu. Emisja CO2 zmniejsza się nawet o dwanaście procent – mówił Blanck.
Udana demonstracja we współpracy z partnerami przemysłowymi
Proces został zademonstrowany i zwalidowany w Dillinger Hüttenwerke, Saarland, we współpracy z omegadot software & consulting GmbH, startupem KIT. omegadot opracował oprogramowanie do precyzyjnej symulacji i wizualizacji procesu oraz do wspierania skalowania do zakładu przemysłowego.
Zakład pilotażowy w Dillingen jest obsługiwany przez grupę SMS wraz z Dillinger Hüttenwerke i Saarstahl. Operacja ma na celu produkcję stali przy zmniejszonej emisji CO2.
– Integracja nowego procesu w hucie stali jest pierwszym krokiem w transformacji przemysłu stalowego – mówi Gilles Kass z sekcji badawczej grupy SMS, współautor publikacji.
Oryginalna publikacja
Philipp Blanck, Gilles Kass, Klaus Peter Kinzel, Olaf Deutschmann: Dry reforming of steelworks off-gases in a pilot plant integrated into a steel mill: influence of operating parameters; Energy Advances, 2023. DOI: 10.1039/d3ya00227f
Źródło: KIT; SMS Group
