90% lagere CO2-emissie met aangepaste staaloven
Onderzoekers van de Universiteit van Birmingham hebben een aanpassing voor ijzer- en staalovens ontworpen die de CO2-uitstoot van de staalproductie met bijna 90% zou kunnen verminderen.
Miljardenbesparing
Die aanzienlijke CO2-reductie is mogelijk door middel van een koolstofrecyclingsysteem met een ‘gesloten lus’. Dit systeem vervangt 90% van de cokes die in huidige hoogoven-basisovensystemen worden gebruikt, en produceert bovendien zuurstof als bijproduct.
Als het alleen al in het VK wordt toegepast, is in vijf jaar tijd een kostenbesparing van 1,28 miljard pond mogelijk, terwijl het systeem de totale uitstoot in het VK met 2,9% zou verminderen.
Alternatief voor te dure vlamboogoven
Professor Ding zei: "De huidige voorstellen om de staalsector koolstofvrij te maken zijn gebaseerd op de geleidelijke sluiting van de huidige installaties en de invoering van elektrische vlamboogovens, aangedreven door hernieuwbare elektriciteit."
"De bouw van een vlamboogoven kan echter meer dan 1 miljard pond kosten, waardoor deze omschakeling economisch niet haalbaar is in de tijd die ons rest om aan de klimaatovereenkomst van Parijs te voldoen.”
“Het door ons voorgestelde systeem laat zich integreren in de huidige oveninstallaties, wat het risico van gestrande activa vermindert. Zowel de vermindering van CO2 als de kostenbesparingen worden onmiddellijk zichtbaar."
Werkingsprincipe Nieuw recyclingsysteem
Het nieuwe recyclingsysteem vangt de CO2 van het bovenste gas op en reduceert het tot CO met behulp van een kristallijn mineraal rooster dat bekend staat als 'perovskiet'-materiaal. Het materiaal werd gekozen omdat de reacties plaatsvinden binnen een temperatuurbereik (700-800 °C) dat kan worden gevoed door hernieuwbare energiebronnen en/of kan worden opgewekt met behulp van warmtewisselaars die op de hoogovens zijn aangesloten.
Het meeste staal komt tot stand via hoogovens die ijzer uit ijzererts produceren, en basisovens met zuurstof die dat ijzer in staal omzetten. Dit proces is inherent koolstofintensief, omdat gebruik wordt gemaakt van metallurgische cokes, geproduceerd door destructieve destillatie van kolen in een cokesoven, die met de zuurstof in de hete luchtstraal reageert tot koolmonoxide.
Dit koolmonoxide reageert met het ijzererts in de oven en produceert CO2. Het bovenste gas van de oven bevat voornamelijk stikstof, CO en CO2, dat wordt verbrand om de temperatuur van de luchtstraal te verhogen tot 1.200 à 1.350 °C in een hete kachel alvorens naar de oven te worden geblazen, waarbij de CO2 en N2 (die ook NOx bevatten) in het milieu worden uitgestoten.
Bij een hoge CO2-concentratie splitst het perovskiet de CO2 in zuurstof – dat in het rooster wordt opgenomen – en CO – dat naar de hoogoven wordt teruggevoerd. Het perovskiet kan worden geregenereerd tot zijn oorspronkelijke vorm via een chemische reactie in een zuurstofarm milieu.
De geproduceerde zuurstof kan worden gebruikt in de basiszuurstofoven om staal te produceren.
Inbouw in bestaande ovens
Het nieuwe systeem laat zich in bestaande ovens inbouwen, met toevoeging van een reeks extra gasscheiders en warmtewisselaars die nodig zijn om de perovskietsplitser te ondersteunen.
De ijzer- en staalproductie is de grootste uitstoter van CO2 van alle industriële sectoren, goed voor 9% van de wereldwijde uitstoot. Volgens het Internationaal Agentschap voor hernieuwbare energie (IRENA) moet de uitstoot tegen 2050 met 90% zijn verminderd om de opwarming van de aarde tot 1,5 °C te beperken.
Langetermijnpartners gezocht
University of Birmingham Enterprise heeft een octrooiaanvraag ingediend voor het systeem en het gebruik ervan in de metaalproductie, en zoekt langetermijnpartners om deel te nemen aan proefstudies, deze technologie aan bestaande infrastructuur te leveren of mee te werken aan verder onderzoek om het systeem te ontwikkelen.
Professor Yulong Ding en dr. Harriet Kildahl van de School of Chemical Engineering van de Universiteit van Birmingham hebben het systeem bedacht. Het staat beschreven in een artikel (Engels) dat is gepubliceerd in het Journal of Cleaner Production.
