Uitvinding vermindert uitstoot staalproductie met 90%

Onderzoekers van de Universiteit van Birmingham hebben een nieuwe aanpassing voor bestaande ijzer- en staalovens ontworpen die de uitstoot van kooldioxide (CO2) door de staalindustrie met bijna negentig procent kan verminderen.

Deze radicale vermindering wordt bereikt door een koolstofrecyclingsysteem met gesloten kringloop dat negentig procent van de cokes die gewoonlijk in de huidige hoogoven-basisovens worden gebruikt, kan vervangen. Hierbij ontstaat zuurstof als bijproduct.

Uit het artikel dat de onderzoekers Yulong Ding en Harriet Kildahl schreven over het systeem blijkt dat het, enkel toegepast in het Verenigd Koninkrijk, in vijf jaar een kostenbesparing van 1,28 miljard pond (1,45 miljard euro) kan opleveren. De totale uitstoot van het VK zal erdoor met 2,9 procent worden verlaagd.

Ding: ‘De huidige voorstellen voor het koolstofvrij maken van de staalsector zijn gebaseerd op de geleidelijke sluiting van bestaande installaties en de invoering van elektrische vlamboogovens die worden aangedreven door hernieuwbare elektriciteit. De bouw van een vlamboogoven kan echter meer dan één 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 kan achteraf in bestaande installaties worden ingebouwd, en zowel de vermindering van CO2 als de kostenbesparingen worden onmiddellijk zichtbaar.’

Werking systeem

Het grootste deel van het staal in de wereld wordt geproduceerd via hoogovens die ijzer uit ijzererts produceren en ovens die dat ijzer in staal omzetten. Het proces is inherent koolstofintensief, omdat gebruik wordt gemaakt van metallurgische cokes die worden geproduceerd door destructieve destillatie van kolen in een cokesoven, die met de zuurstof in de hete luchtstraal reageert tot koolmonoxide. Dit 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 1200 tot 1350oC in een hete kachel voordat het naar de oven wordt geblazen, waarbij de CO2 en N2 (die ook NOx bevatten) in het milieu worden uitgestoten.

Het nieuwe recyclingsysteem vangt de CO2 uit 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.

Onder een hoge concentratie CO2 splitst het perovskiet CO2 in zuurstof, dat wordt opgenomen in het rooster, en CO, dat wordt teruggevoerd naar de hoogoven. Het perovskiet kan worden geregenereerd tot zijn oorspronkelijke vorm in een chemische reactie die plaatsvindt in een zuurstofarme omgeving. De geproduceerde zuurstof kan worden gebruikt in de basiszuurstofoven om staal te produceren.

University of Birmingham Enterprise heeft een octrooiaanvraag ingediend voor het systeem en het gebruik ervan in de metaalproductie en is op zoek naar langetermijnpartners om deel te nemen aan pilotstudies, deze technologie te leveren aan bestaande infrastructuur of mee te werken aan verder onderzoek om het systeem te ontwikkelen.