既存の高炉を新たに適応させることで、製鉄の排出量を 88% 削減できる可能性があります。 閉まっている

バーミンガム大学の研究者らは、製鉄産業からの CO2 排出量を 90% 近く削減できる既存の高炉の新しい適応策を設計しました。 この削減は、閉ループの炭素リサイクル システムによって達成されます。このシステムは、現在の高炉 - 基本酸素炉システムで通常使用されるコークスの 90% を置き換えることができ、副産物として酸素を生成します。

バーミンガム大学化学工学部の Yulong Ding 教授と Harriet Kildahl 博士によって考案されたこのシステムは、Journal of Cleaner Production に掲載されたオープンアクセス論文で詳しく説明されています。 このシステムを英国のみで導入した場合、英国全体の排出量を 2.9% 削減しながら、5 年間で 12 億 8,000 万ポンドのコスト削減を実現できる可能性があります。

ここでは、熱化学的二酸化炭素 (CO2) 分解サイクルと既存の高炉 - 費用対効果の高い脱炭素化を目的とした塩基性酸素炉 (BF-BOF) 製鋼との分野の結合に関する第一原理研究を紹介します。 ダブルペロブスカイトである Ba2Ca0.66Nb0.34FeO6 は、CO2 の熱化学分解に提案されており、反応温度が低く、一酸化炭素 (CO) の収率が高く、CO に対する選択性が 100% であるため、有力な候補です。

TC サイクルによって生成される CO は、高炉 (BF) 内で鉄鉱石を金属鉄に還元するための高価な冶金コークスの代わりになります。 BF から生成される CO2 は、TC サイクルでさらに CO2 を生成するために使用されるため、閉じた炭素ループが形成され、鉄鋼生産と温室効果ガス排出の切り離しが可能になります。

英国のBF-BOFにおけるこのシステムの導入に関する技術経済分析により、コスト削減を通じて世界市場における英国鉄鋼のコスト競争力を高めながら、鉄鋼部門の排出量を88%削減できる可能性がある。

1 トンの溶鋼を生産するのに必要な質量流量を備えた TC-BF-BOF システム。 キルダールら。

鉄鋼部門の脱炭素化に向けた現在の提案は、既存のプラントを段階的に廃止し、再生可能電力を利用した電気炉を導入することに依存している。 しかし、電気炉プラントの建設には 10 億ポンド以上の費用がかかるため、パリ気候協定を満たすために残された期間内にこの切り替えは経済的に実行不可能です。 私たちが提案するシステムは既存のプラントに改修できるため、座礁資産のリスクが軽減され、CO2 削減とコスト削減の両方がすぐにわかります。

世界の鉄鋼のほとんどは、鉄鉱石から鉄を生産する高炉と、その鉄を鋼に変える塩基性酸素炉を介して生産されています。

このプロセスは本質的に炭素を大量に消費し、コークス炉での石炭の破壊蒸留によって生成される冶金コークスを使用し、熱風中の酸素と反応して一酸化炭素を生成します。 これが炉内の鉄鉱石と反応してCO2を生成します。 炉からの塔頂ガスには主に窒素、CO、CO2が含まれており、CO2とN2（NOxも含む）とともに炉に吹き込まれる前に、高温のストーブで送風の温度を1200〜1350℃まで上げるために燃焼されます。環境に排出されます。

新しいリサイクル システムは、上部ガスから CO2 を回収し、ペロブスカイト結晶鉱物格子を使用して CO2 に還元します。 この材料は、再生可能エネルギー源で電力を供給したり、高炉に接続された熱交換器を使用して生成したりできる温度範囲 (700 ～ 800 °C) で反応が起こるように選択されました。

高濃度の CO2 の下では、ペロブスカイトは CO2 を酸素に分解し、酸素は格子に吸収され、CO は高炉に戻されます。 ペロブスカイトは、低酸素環境で起こる化学反応によって元の形状に再生できます。 生成された酸素は、塩基性酸素炉で鋼を製造するために使用できます。

鉄鋼製造は、すべての基盤産業部門の中で最も CO2 を排出しており、世界の排出量の 9% を占めています。 国際再生可能エネルギー機関 (IRENA) によると、地球温暖化を 1.5°C に抑えるには、2050 年までに排出量の 90% 削減を達成する必要があります。