Wtórne wykorzystanie CO2 może zmniejszyć emisje w sektorze żelaza i stali
Przemysł żelazny i stalowy pozostaje jednym z największych źródeł emisji dwutlenku węgla (CO2), gdyż odpowiada za aż 9% ich łącznej światowej wartości. Rozwiązanie tego problemu będzie niezbędne, jeśli Europa chce wypełnić swoje zobowiązania w zakresie redukcji emisji gazów cieplarnianych. „W ponad 70% produkcji żelaza i stali wykorzystuje się wielkie piece”, mówi koordynator projektu DISIPO Manuel Bailera z Uniwersytetu w Saragossie w Hiszpanii. „Proces polega na redukcji rud żelaza za pomocą koksu w wielkim piecu w temperaturze przekraczającej 1000°C. Powstają wówczas ogromne ilości CO2”. Wiele takich pieców jest stosunkowo nowych i może pozostawać w eksploatacji przez kolejne 30-40 lat. Tak więc konieczne jest nie tylko przejście na bardziej ekologiczne metody produkcji, ale także znalezienie sposobów na zmniejszenie zanieczyszczenia z istniejących wielkich pieców.
Domknięcie pętli obiegu węgla i zmniejszenie zużycia węgla
Taki był główny cel projektu DISIPO, wspieranego w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”. „Postanowiłem sprawdzić, czy możemy zdekarbonizować wielkie piece poprzez wykorzystanie emitowanego przez nie CO2 do produkcji e-paliw”, wyjaśnia Bailera. „Paliwa te mogłyby następnie być używane w przemyśle, co doprowadziłoby do domknięcia pętli obiegu węgla i umożliwiło zmniejszenie zużycia węgla”. E-paliwa („elektropaliwa”), są wytwarzane przy użyciu wychwyconego CO2 wraz z wodorem otrzymywanym przy pomocy zrównoważonych źródeł energii elektrycznej, takich jak energia wiatrowa, słoneczna i jądrowa. Aby ocenić wykonalność tego rozwiązania, Bailera opracował nowe modele symulacyjne pozwalające na ocenę, w jaki sposób można by zastosować recykling CO2 w zakładach wielkopiecowych. W trakcie projektu Bailera przebywał na Uniwersytecie Waseda w Japonii, gdzie pracował nad walidacją nowego modelu operacyjnego. Współpraca z hutami stali w Japonii i Austrii umożliwiła Bailerze uwzględnienie w strategiach operacyjnych i analizach ekonomicznych rzeczywistych scenariuszy i danych przemysłowych. „W Austrii przyjrzałem się także możliwości instalacji paneli fotowoltaicznych na dachu huty stali jako potencjalnego źródła odnawialnej energii elektrycznej”, mówi uczony. „Po powrocie do Hiszpanii udało mi się porównać te nowe koncepcje recyklingu CO2 z konwencjonalnymi procesami produkcji żelaza, aby oszacować ilościowo potencjalną redukcję emisji CO2”.
Poszerzanie wiedzy na temat integracji produkcji energii i gazu
Badania te pomogły poszerzyć wiedzę na temat integracji w hutnictwie żelaza i stali produkcji energii i gazu (polega to na wykorzystaniu energii elektrycznej do produkcji paliwa gazowego), a także potencjału dotyczącego recyklingu CO2. Wcześniej zagadnienia te nie były przedmiotem dokładnych badań. Modele Bailery są obecnie wykorzystywane w laboratorium Nakagaki na Uniwersytecie Waseda do dalszych badań własnych, a także do współpracy z przemysłem. Aby przetestować tę koncepcję, kilku japońskich partnerów planuje budowę pilotażowego zakładu wielkopiecowego. „Opracowane w projekcie modele symulacyjne były także wykorzystywane przez Uniwersytet w Saragossie w bieżących badaniach dotyczących żelaza i stali”, dodaje Bailera.
Stopniowa dekarbonizacja poprzez recykling węgla
Aby móc kontynuować te badania, Bailera chciałaby również zbudować pilotażowy wielki piec pozwalający na recykling CO2. „To ważne, ponieważ konieczne jest zademonstrowanie wszystkich różnych podsystemów wykorzystywanych w koncepcji recyklingu w warunkach przemysłowych”, tłumaczy. „Na przykład w CO2 mogą znajdować się zanieczyszczenia, które są potem przetwarzane w e-paliwa. Problem ten jest obecnie przedmiotem badania prowadzonego na Uniwersytecie w Saragossie w ramach kontynuacji projektu DISIPO”. Bailera liczy, że prace te pomogą w dalszej perspektywie w dekarbonizacji hutnictwa żelaza dzięki okresowi przejściowemu, w którym emisje z wielkich pieców zostaną ograniczone przy pomocy recyklingu węgla.
Słowa kluczowe
DISIPO, stal, żelazo, CO2, emisje, recykling, dekarbonizacja, piec
