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Reducing Iron Oxides without Carbon by using Hydrogen-Plasma

Descripción del proyecto

Un método disruptivo para reducir las emisiones de CO2 en la producción de acero

La reducción drástica del CO2 es el mayor desafío de nuestra época. El acero se produce, en gran medida, a partir de la combustión de minerales oxidados en altos hornos y, a continuación, de la eliminación parcial del carbono mediante oxígeno en convertidores. Este proceso genera 2,1 toneladas de CO2 por tonelada de acero. Esto convierte al sector siderúrgico en uno de los mayores emisores de gases de efecto invernadero del planeta. El objetivo del proyecto ROC, financiado con fondos europeos, es introducir cambios científicos fundamentales en este proceso para reducir radicalmente las emisiones de CO2 en, al menos, el 80 %. El método disruptivo del proyecto implicará la sustitución del carbono por hidrógeno como reductor y la unión de múltiples etapas en un solo proceso de fusión de óxidos y reducción basada en el hidrógeno mediante electricidad ecológica. En otras palabras, se trata de un horno de arco eléctrico alimentado con hidrógeno que contiene un plasma reductor.

Objetivo

With 1.8 billion tons produced per year, steel is the dominant metallic material. It can be recycled by melting scrap, a resource satisfying at most 30% of the demand. Hence, fresh steel must be produced in huge amounts, from oxide minerals reduced by CO in blast furnaces, followed by partial removal of C by O2 in converters. These two processes create ~2.1 tons CO2 per ton of steel, qualifying steelmaking as the largest single greenhouse gas emitter on earth (~8% of all emissions). ROC tackles the fundamental science needed to drastically cut these staggering CO2 numbers, by up to 80% and beyond. This is the biggest single leverage we have to fight global warming. The disruptive approach of ROC lies in (1) using H instead of C as reductant and (2) merging the multiple steps explained above into a single melting plus reduction process which can run with green electricity, namely, an electric arc furnace operated with a H-containing reducing plasma. ROC’s approach is feasible as it can be upscaled by modifying existing furnace technology. The motivation is that solid Fe from other synthesis methods such as direct reduction must anyway be melted after reduction. Project ROC also addresses hybrid processes, where partially reduced oxides from direct reduction are fed into a reducing plasma, for high energy and H2 efficiency at fast kinetics and high metallization. Project ROC explores the physical and chemical foundations of these processes, down to atomistic scales, with a blend of instrumented laboratory furnaces, characterization, simulation and machine learning. Specific topics are the elementary nucleation, transport and transformation mechanisms, mixed scrap and ore charging, influence of contaminants from feedstock, plasma parameters, C-free electrodes, slag metallurgy and the role of nanostructure. Drastic reduction of CO2 is the biggest challenge of our time and project ROC explores how steelmaking can contribute to it by cutting its emissions by 80% and more.

Ámbito científico (EuroSciVoc)

Palabras clave

Programa(s)

Tema(s)

Régimen de financiación

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Convocatoria de propuestas

(se abrirá en una nueva ventana) ERC-2021-ADG

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Institución de acogida

MAX-PLANCK-INSTITUT FUR NACHHALTIGE MATERIALIEN GMBH
Aportación neta de la UEn
€ 2 491 836,00
Dirección
MAX-PLANCK-STRASSE 1
40237 DUSSELDORF
Alemania
Región
Nordrhein-Westfalen Düsseldorf Düsseldorf, Kreisfreie Stadt
Tipo de actividad
Research Organisations
Enlaces
Coste total
€ 2 491 836,00

Beneficiarios (1)