5 bahnbrechende Methoden zur Dekarbonisierung von Stahl

November 30, 2022
- Biowissenschaften

Moderne Volkswirtschaften und Technologien sind stark auf Stahl als Baumaterial angewiesen. Angesichts seiner zentralen Bedeutung für unseren Lebensstil ist es keine Überraschung, dass das Die Nachfrage nach Eisen und Stahl hat sich seit 1970 mehr als verdreifacht. Eine direkte Folge dieser Abhängigkeit sind die Auswirkungen der Produktion auf die Umwelt. Auf die Eisen- und Stahlindustrie entfällt 8 Prozent der weltweiten Kohlendioxidemissionen und ist damit einer der Hauptschadstoffe. Dies erfordert die Entwicklung und Implementierung von Technologien, die zur Dekarbonisierung von Stahlwerken beitragen können.

Herausforderungen bei der Dekarbonisierung von Stahl

Die Stahlindustrie erfordert eine umfangreiche Infrastruktur und massive Investitionen in den Aufbau von Produktionsanlagen. Anlagen wie der einmal errichtete Hochofen haben eine Lebensdauer von 20 bis 40 Jahren. Dies macht es problematisch, Änderungen im Herstellungsprozess einzuführen oder die Fabriken zu verlagern. Fast 60 % der Stahleinheiten verwenden das BF-BOF-Methode mit hohem Kohlenstoffgehalt Der Schmelzprozess erfordert große Mengen an Wärme und ist für den hohen CO2-Ausstoß verantwortlich. Daher sind die finanziellen Hindernisse für die Dekarbonisierung der Stahlindustrie eines der größten Hindernisse für Reformen in diesem Sektor.

Antriebsfaktoren Der Dekarbonisierungsinitiativen

Die Nachfrage nach grünem Stahl prägt trotz der Einschränkungen die Reaktion des Herstellers und eskalierende Veränderungen. Diese Forderung kommt von:

Kunden fragen nach kohlenstofffreundlichen Stahlprodukten. Beispielsweise investierte BMW in das US-amerikanische Clean-Steel-Startup Boston Metal, um sein Industrieportfolio umweltfreundlich zu gestalten.
Regierungen auf der ganzen Welt verschärfen die CO2-Emissionsanforderungen. Ein Beispiel dafür sind wichtige Klimapakte wie das Pariser Abkommen, der europäische Green Deal usw.
Sensibilisierung für Nachhaltigkeit. Die drohende Bedrohung durch den Klimawandel zwingt jeden dazu, seine Entscheidungen zu überdenken. Investoren sind mittlerweile stärker daran interessiert, ihr Geld in Zukunftstechnologien zu stecken, die nachhaltige Innovationen beinhalten.

Möglichkeiten zur Dekarbonisierung von Stahlwerken

Koks im Ofen ersetzen
Koks ist das wichtigste Mittel zur Wärmeerzeugung und zur Reduktion von Eisenerz. Und bei diesem Prozess entstehen die maximalen Emissionen. Um dies einzudämmen, werden weniger umweltschädliche Alternativen zu Koks in Betracht gezogen, wie Biomasse-basierter Olefinkoks und wasserstoffbasierte Hochofenreduktion.
Nutzung erneuerbarer Energiequellen für Öfen
Elektrolichtbogenöfen haben bisher gute Ergebnisse bei der Kontrolle der Kohlenstoffemissionen erzielt. Anstelle von Kohlestrom können grüne Quellen wie Wind, Gezeiten, Sonne usw. genutzt werden, um CO2 weiter zu reduzieren. Eine weitere Änderung kann darin bestehen, das Futter klimaneutral zu machen, indem Eisen in seinem festen Zustand mithilfe von Wasserstoff reduziert wird.
Austausch von Graphitelektroden
Graphitelektroden werden in Elektrolichtbogenöfen als Leiter für den elektrischen Strom verwendet, der zum Schmelzen des Eisens verwendet wird. Diese Elektroden verfügen über eine hohe Wärmeleitfähigkeit, werden dabei jedoch verbraucht und tragen so zur Umweltverschmutzung bei. Stattdessen kann Graphit durch inerte metallische Elektroden für den Schmelzprozess ersetzt werden.
Kohlenstoffabscheidung
Es besteht die Möglichkeit, den beim Metallreduktionsschritt freigesetzten Kohlenstoff einzufangen, bevor er mit Sauerstoff unter Bildung von Kohlendioxid reagiert. Der eingefangene Kohlenstoff kann als Rohstoff für verschiedene Prozesse dienen. Beispielsweise kann es zur Fermentation zur Herstellung von Bioethanol an Bioreaktoren geschickt werden.

Überlegungen zur Integration nachhaltiger Methoden

Bevor Sie sich für eine Technologie entscheiden, die eine Reduzierung der CO2-Emissionen verspricht, müssen bestimmte Parameter berücksichtigt werden. Zum Beispiel die Bereitschaft der Technologie für den vollen Einsatz Vermarktung, einfache Integration in die bestehende Infrastruktur und die Machbarkeit der Rohstoffbeschaffung. Abgesehen von diesen Aspekten wird die Entscheidung auch davon beeinflusst, inwieweit die neuen Maßnahmen im Vergleich zu den bereits bestehenden Maßnahmen eine wirksame Reduzierung der Emissionen bewirken. Wenn der Unterschied die Kosten nicht rechtfertigt, ist die ganze Maßnahme möglicherweise sinnlos.

Neue Innovationen auf dem Markt

Da die Branche äußerst energieintensiv ist, wird die Entwicklung effizienter und energiesparender Methoden zur obersten Priorität. Einige der Durchbrüche in diesem Bereich sind:

Elektrolyse geschmolzener Oxide von Boston Metal
Bei der traditionellen Stahlherstellung wird Eisenerz raffiniert und anschließend in einem Hochofen mit Kohle reduziert. Bei der neuen Erfindung von Boston Metal werden die Eisenoxide jedoch in einer Mischung aus geschmolzenen Oxiden wie Siliziumdioxid, Magnesia usw. gelöst, bevor sie mit elektrischem Strom erhitzt werden. Dadurch entsteht ein sauberes, hochreines flüssiges Metall, das direkt der Pfannenmetallurgie zugeführt werden kann, sodass keine Kohle mehr benötigt wird.
Direktreduktion von Midrex
Die Direktreduktionsmethode von Midrex, Midrex H2 genannt, gilt als bahnbrechende Technologie, die den CO2-Ausstoß drastisch reduzieren kann. Laut CEO Stephen Montague verspricht das Unternehmen vom ersten Tag an 100 % Wasserstoff zur Produktion von über 2 Millionen Tonnen DRI bei einer Reduzierung des CO95-Ausstoßes um bis zu 2 %. Die Idee besteht darin, mit grünem Wasserstoff das Eisenerz zu DRI zu reduzieren, das später zur Stahlherstellung in einen Elektroofen geschickt werden kann. Grüner Wasserstoff wird durch den Elektrolyseprozess hergestellt, bei dem Wasser mithilfe von Elektrizität in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird.
Elektrogewinnung von ΣIDERWIN
Bei dieser neuartigen Methode wird die Stahlherstellung mit einem elektrochemischen Prozess kombiniert, um einen CO2-freien Stahlproduktionsprozess zu ermöglichen. Dabei kommt ein elektrolytisches Verfahren zum Einsatz, das erneuerbare Energiequellen nutzt, um Eisenoxide in eine Stahlplatte umzuwandeln. Unter der Leitung von ArcelorMittal verspricht es eine Reduzierung der direkten CO87-Emissionen um 2 % und eine Reduzierung des direkten Energieverbrauchs um 31 %. Es ist auch in der Lage, Stahl aus eisenoxidreichen Nebenprodukten aus Nichteisenmetallurgierückständen herzustellen.
HYBRIT von SSAB, LKAB und Vattenfall
Mit dem Potenzial, die gesamten Kohlendioxidemissionen Schwedens um mindestens zehn Prozent zu reduzieren, zielt die Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology (HYBRIT) darauf ab, eine fossilfreie Wertschöpfungskette von der Mine bis zum Stahl unter Verwendung von fossilfreiem Strom und Wasserstoff zu schaffen. Der konventionelle Hochofenprozess zur Kohlereduktion wird durch ein Direktreduktionsverfahren mit fossilfreiem Wasserstoffgas ersetzt. Das Nebenprodukt wäre in diesem Fall Wasser statt CO2.

Fazit

Der Fahrplan zum Erreichen Dekarbonisierung Der Erfolg der Eisen- und Stahlindustrie wird aus innovativem Denken und der Bereitschaft bestehen, neue Technologien zu integrieren. Leviathaner wie die Eisen- und Stahlindustrie können nicht über Nacht aufgerüstet werden. Es ist ein erheblicher Planungsaufwand erforderlich, um den langfristigen Zielen und der Infrastruktur gerecht zu werden. Daher ist jetzt die Zeit zum Nachdenken, damit diese Änderungen umgesetzt werden können in naher Zukunft.

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