Ricercatori britannici escogitano un modo per ridurre del 90% le emissioni di carbonio dell’acciaio

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I ricercatori dell’Università di Birmingham nel Regno Unito hanno ideato un nuovo sistema che può essere adattato ai forni per l’acciaio esistenti e contribuire a ridurre le emissioni di carbonio del processo fino al 90%, si legge in un comunicato stampa dell’università.

L’industria del ferro e dell’acciaio è uno dei maggiori produttori mondiali di anidride carbonica, rappresentando quasi il 9% di tutte le emissioni globali. Secondo le stime dell’Agenzia internazionale per le energie rinnovabili (IRENA), se si vogliono raggiungere gli obiettivi dell’Accordo di Parigi sul clima, l’industria dovrà ridurre le proprie emissioni del 90% entro il 2050.

Finora il piano di riduzione delle emissioni ha comportato il passaggio a un forno elettrico ad arco alimentato da energia elettrica rinnovabile. Tuttavia, la costruzione di un forno elettrico ad arco costa oltre 1,24 miliardi di dollari, rendendo difficile il cambiamento delle industrie. Il nuovo ammodernamento può essere utilizzato in strutture esistenti e si prevede che garantirà risparmi finanziari e ridurrà le emissioni di carbonio.

Convenzionalmente, la produzione dell’acciaio prevede l’utilizzo di altiforni per estrarre il ferro dal minerale di ferro e quindi l’utilizzo di forni ad ossigeno per convertirlo in acciaio. La distillazione del carbone produce il primo coke metallurgico in una cokeria. Il coke reagisce quindi con il minerale di ferro per produrre anidride carbonica.

Il gas superiore del forno contiene azoto, monossido di carbonio e anidride carbonica, che viene poi bruciato per aumentare la temperatura dell'aria a 2192 - 2462 Fahrenheit (da 1200 a 1350 °C) in una stufa calda prima di essere soffiato nel forno. Dopo la produzione dell’acciaio, anidride carbonica e azoto vengono rilasciati nell’ambiente.

Un team guidato da Yulong Ding, professore di ingegneria chimica all’Università di Birmingham, ha ora ideato un nuovo sistema che cattura l’anidride carbonica dal gas di superficie e poi la riduce in monossido di carbonio utilizzando una perovskite, un reticolo minerale cristallino.

L’utilizzo del materiale garantisce inoltre che le reazioni di produzione dell’acciaio possano ora avvenire entro un intervallo di temperature di 700-800°C (1292-1472 Fahrenheit), che può essere ottenuto utilizzando fonti di energia rinnovabile o scambi di calore collegati ad altiforni.

In presenza di elevate quantità di anidride carbonica, la perovskite scinde il gas in ossigeno che la sua struttura reticolare assorbe, e il monossido di carbonio viene reimmesso nell'altoforno. Anche la reazione tra la perovskite e l'ossigeno è reversibile. In un ambiente a basso contenuto di ossigeno, il reticolo cristallino rilascia l'ossigeno assorbito, che può quindi essere utilizzato nella fornace ad ossigeno per produrre l'acciaio.

Il comunicato stampa afferma che il ciclo chiuso di riciclaggio del carbonio di questo sistema potrebbe sostituire il 90% del coke normalmente utilizzato negli altiforni. "Le attuali proposte per la decarbonizzazione del settore siderurgico si basano sulla graduale eliminazione degli impianti esistenti e sull'introduzione di forni elettrici ad arco alimentati da elettricità rinnovabile. Il sistema che proponiamo può essere adattato agli impianti esistenti, il che riduce il rischio di immobilizzazioni, nonché la riduzione delle emissioni di CO2 e i risparmi sui costi si vedono immediatamente", ha aggiunto il professor Ding.

La ricerca è stata recentemente pubblicata sul Journal of Clean Production.

Astratto

Presentiamo qui uno studio di principio sull’accoppiamento settoriale tra un ciclo di scissione termochimica dell’anidride carbonica (CO2) e la produzione di acciaio esistente tra altoforno e forno a ossigeno basico (BF-BOF) per una decarbonizzazione economicamente vantaggiosa. Una doppia perovskite, Ba2Ca0.66Nb0.34FeO6, è proposta per la scissione termochimica della CO2, un candidato valido grazie alle sue basse temperature di reazione, all'elevata resa di monossido di carbonio (CO) e alla selettività al 100% verso la CO. La CO prodotta dalla TC ciclo sostituisce il costoso coke metallurgico per la riduzione del minerale di ferro in ferro metallico nell'altoforno (BF). La CO2 prodotta dal BF viene utilizzata nel ciclo TC per produrre più CO, creando quindi un circuito chiuso del carbonio, consentendo il disaccoppiamento della produzione di acciaio dalle emissioni di gas serra. L’analisi tecnico-economica dell’implementazione di questo sistema nei BF-BOF del Regno Unito potrebbe ridurre le emissioni del settore siderurgico dell’88%, aumentando al tempo stesso la competitività in termini di costi dell’acciaio britannico sul mercato globale attraverso la riduzione dei costi. Dopo cinque anni, questo sistema farebbe risparmiare all’industria siderurgica britannica 1,28 miliardi di sterline riducendo al contempo le emissioni a livello britannico del 2,9%. L’implementazione di questo sistema nei BF-BOF mondiali potrebbe consentire al settore dell’acciaio di decarbonizzarsi in linea con l’Accordo di Parigi sul clima per limitare il riscaldamento a 1,5°C.