Une nouvelle adaptation des hauts fourneaux existants pourrait réduire les émissions de la production d’acier de 88 % ; fermé

Des chercheurs de l'Université de Birmingham ont conçu une nouvelle adaptation pour les hauts fourneaux existants qui pourrait réduire les émissions de CO2 de l'industrie sidérurgique de près de 90 %. Cette réduction est obtenue grâce à un système de recyclage du carbone en boucle fermée, qui pourrait remplacer 90 % du coke généralement utilisé dans les systèmes actuels de hauts fourneaux à oxygène de base et produire de l'oxygène comme sous-produit.

Conçu par le professeur Yulong Ding et le Dr Harriet Kildahl de la School of Chemical Engineering de l'Université de Birmingham, le système est détaillé dans un article en libre accès publié dans le Journal of Cleaner Production. S’il est mis en œuvre uniquement au Royaume-Uni, le système pourrait générer des économies de coûts de 1,28 milliard de livres sterling en 5 ans tout en réduisant les émissions globales du Royaume-Uni de 2,9 %.

Nous présentons ici une étude des premiers principes du couplage sectoriel entre un cycle de division thermochimique du dioxyde de carbone (CO2) et la production d'acier haut fourneau-fourneau basique à oxygène (BF-BOF) existant pour une décarbonation rentable. Une pérovskite double, Ba2Ca0.66Nb0.34FeO6, est proposée pour la division thermochimique du CO2, un candidat viable en raison de ses basses températures de réaction, de ses rendements élevés en monoxyde de carbone (CO) et de sa sélectivité de 100 % envers le CO.

Le CO produit par le cycle TC remplace le coke métallurgique coûteux pour la réduction du minerai de fer en fer métallique dans le haut fourneau (BF). Le CO2 produit à partir du BF est utilisé dans le cycle TC pour produire davantage de CO, créant ainsi une boucle de carbone fermée, permettant le découplage de la production d'acier des émissions de gaz à effet de serre.

L'analyse technico-économique de la mise en œuvre de ce système dans les BF-BOF britanniques pourrait réduire les émissions du secteur sidérurgique de 88 % tout en augmentant la compétitivité-coût de l'acier britannique sur le marché mondial grâce à une réduction des coûts.

Le système TC-BF-BOF avec des débits massiques nécessaires pour produire 1 tonne d'acier liquide. Kildahl et coll.

Les propositions actuelles pour décarboner le secteur sidérurgique reposent sur la suppression progressive des usines existantes et l’introduction de fours à arc électrique alimentés par de l’électricité renouvelable. Cependant, la construction d’une usine de four à arc électrique peut coûter plus d’un milliard de livres sterling, ce qui rend ce changement économiquement irréalisable dans le temps restant pour respecter l’Accord de Paris sur le climat. Le système que nous proposons peut être adapté aux centrales existantes, ce qui réduit le risque d'actifs bloqués, et la réduction des émissions de CO2 et les économies de coûts sont immédiatement visibles.

La majeure partie de l'acier mondial est produite via des hauts fourneaux qui produisent du fer à partir du minerai de fer et des fours à oxygène basique qui transforment ce fer en acier.

Le processus est intrinsèquement intensif en carbone, utilisant du coke métallurgique produit par distillation destructive du charbon dans un four à coke, qui réagit avec l'oxygène présent dans le souffle d'air chaud pour produire du monoxyde de carbone. Celui-ci réagit avec le minerai de fer dans le four pour produire du CO2. Le gaz de combustion du four contient principalement de l'azote, du CO et du CO2, qui est brûlé pour élever la température de l'air soufflé jusqu'à 1 200 à 1 350 °C dans un poêle chaud avant d'être soufflé dans le four, avec du CO2 et du N2 (contenant également du NOx). émis dans l’environnement.

Le nouveau système de recyclage capte le CO2 du gaz de combustion et le réduit en CO à l'aide d'un réseau minéral cristallin de pérovskite. Le matériau a été choisi car les réactions se déroulent dans une plage de températures (700-800 °C) qui peuvent être alimentées par des sources d'énergie renouvelables et/ou générées à l'aide d'échangeurs de chaleur connectés aux hauts fourneaux.

Sous une forte concentration de CO2, la pérovskite divise le CO2 en oxygène, qui est absorbé dans le réseau, et en CO, qui est réinjecté dans le haut fourneau. La pérovskite peut être régénérée jusqu’à sa forme originale lors d’une réaction chimique qui se déroule dans un environnement pauvre en oxygène. L’oxygène produit peut être utilisé dans le four à oxygène de base pour produire de l’acier.

La sidérurgie est le plus grand émetteur de CO2 de tous les secteurs industriels fondamentaux, représentant 9 % des émissions mondiales. Selon l’Agence internationale des énergies renouvelables (IRENA), il faut parvenir à une réduction de 90 % des émissions d’ici 2050 pour limiter le réchauffement climatique à 1,5°C.