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  • 作家相片LJ Chen

鈣鈦礦材料如何使鋼鐵生產實現近乎零碳排放

鋼鐵被稱為現代工業的支柱,而我們周圍的一切,尤其是我們現代生活所依賴的結構和基礎設施,都是由鋼鐵和鐵製成的。我們的工具、機械、汽車、卡車、火車和船舶也都是由這些材料製成的。然而,鋼鐵製造仍然是高碳排放的。傳統的高爐-氧氣轉為爐法生產一噸鋼所排放的二氧化碳幾乎是製造的原鋼量的1.6至2.0倍

鋼鐵行業在歐洲佔排放的比例約為5%,在全球為7%。鋼鐵製造商正越來越多地轉向基於氫的煉鋼工藝以實現行業的脫碳。歐盟的目標是在未來五到十年內發展和擴大新的低排放技術,以達到其氣候目標(歐盟氣候目標,2022年)。製鋼商正在探索更清潔的製鋼方式,例如將焦炭替換為氫作為試劑,這可以去除鐵礦石中的氧。然而,這項技術仍被視為起步階段。


鋼鐵行業在歐洲佔排放的比例約為5%,在全球為7%

據《經濟學人》報導,伯明翰大學的丁玉龍教授和哈莉特·基達爾博士發現了一種可以減少90%鋼鐵製造排放的解決方案。丁博士和基達爾博士使用鈣鈦礦材料改進了鋼鐵爐的設計,將碳排放減少近90%。這種劇烈的減排是通過應用一種“閉環”碳循環系統實現的,該系統可以替代高爐-氧氣轉為爐法系統中幾乎所有冶金焦的使用,並產生氧氣作為副產品。這對聯合聲明稱,這個過程還可以迅速且廉價地應用於現有工廠,這對目前正在努力實現脫碳的行業來說可能是一場改變性的革命。


使所有這些成為可能的是一種引人入勝的材料,被稱為鈣鈦礦

製鋼商對此感到興奮,並詢問是否可以在五年內啟動試產。文章解釋了丁博士和基達爾博士提出的閉環碳循環系統的過程:

“丁博士和基達爾博士提出的修改通過將CO2直接泵入高爐中,切斷了焦炭的循環。這種氣體的來源是其中的一個巧妙之處。它是通過捕獲爐中產生的CO2並將其分解成CO和氧氣來製造的。釋放的氧氣然後可以在鋼鐵生產的第二階段中使用,即通過另一種設計不同的爐,將該氣體吹入熔化的鐵中,燃燒掉其中溶解的部分碳,達到鐵與碳的最佳比例,以創造所需的鋼的類型。”

“使所有這些成為可能的是一種引人入勝的材料,被稱為鈣鈦礦。這種材料位於循環系統的核心反應室中。丁博士和基達爾博士通過研磨碳酸鋇、碳酸鈣、氧化鈮和氧化鐵,混合所得的粉末,然後在爐中烘烤混合物的方式製造了他們的版本。結果是Ba2Ca0.66Nb0.34FeO6(BCNF1)。”

“使事物變得有效的訣竅是將兩個反應室連接到系統中。其中一個可以用來生成CO,而另一個則是更新和產生氧氣。一天之後,它們的角色被顛倒過來,實現全天候運行。丁博士說:“這個系統的那一部分是有效的。它只需要擴大,”她補充道。

要啟動試驗廠,還需要克服一些障礙。其中一個是除了作為鐵還原過程的CO來源外,焦炭還為高爐中的礦石提供結構支撐,使氣體能夠上升,使熔化的鐵能夠流下來,因此仍然需要一些。團隊的一個想法是使用陶瓷材料來複製這種支撐。”


至於成本,文章稱英國的兩家最大鋼鐵製造商——塔塔鋼鐵和英國鋼鐵,年產760萬噸鋼,每家將需要支付約3.6億英鎊(4.35億美元)用於適應工廠。其中2.1億英鎊將用於鈣鈦礦,這些工廠必須每五到十年更換一次。然而,通過消除昂貴的焦炭,並出售多餘的氧氣,初始投資在22個月內就可以收回。丁博士認為,經過更多的工作,BCNF1有潛力取代高爐中的所有焦炭,將排放降低至接近零,甚至可以替代氫作為焦炭的另一種替代品。


參考文獻:




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