Des chercheurs britanniques imaginent un moyen de réduire les émissions de carbone de l'acier de 90 %

bossoir85/iStock

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Des chercheurs de l'Université de Birmingham au Royaume-Uni ont conçu un nouveau système qui peut être installé sur des fours sidérurgiques existants et contribuer à réduire les émissions de carbone du processus jusqu'à 90 pour cent, indique un communiqué de presse de l'université.

L'industrie sidérurgique est l'un des plus grands producteurs mondiaux de dioxyde de carbone, représentant près de neuf pour cent de toutes les émissions mondiales. Selon les estimations de l'Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA), l'industrie doit réduire ses émissions de 90 % d'ici 2050 si l'on veut atteindre les objectifs de l'Accord de Paris sur le climat.

Jusqu’à présent, le plan de réduction des émissions impliquait le passage à un four à arc électrique alimenté par de l’électricité renouvelable. Cependant, la construction d’un four à arc électrique coûte plus de 1,24 milliard de dollars, ce qui rend difficile le changement d’industrie. Cette nouvelle modernisation peut être utilisée dans des installations existantes et devrait générer des économies financières et réduire les émissions de carbone.

Traditionnellement, la production d’acier consiste à utiliser des hauts fourneaux pour extraire le fer du minerai de fer, puis à utiliser des fours à oxygène pour le convertir en acier. La distillation du charbon produit le premier coke métallurgique dans un four à coke. Le coke réagit ensuite avec le minerai de fer pour produire du dioxyde de carbone.

Le gaz de combustion du four contient de l'azote, du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone, qui sont ensuite brûlés pour élever la température de l'air soufflé à 2 192 - 2 462 Fahrenheit (1 200 à 1 350 °C) dans un poêle chaud avant d'être soufflé dans le four. Après la fabrication de l’acier, du dioxyde de carbone et de l’azote sont rejetés dans l’environnement.

Une équipe dirigée par Yulong Ding, professeur de génie chimique à l'Université de Birmingham, a mis au point un nouveau système qui capte le dioxyde de carbone du gaz de combustion, puis le réduit en monoxyde de carbone à l'aide d'une pérovskite, un réseau minéral cristallin.

L'utilisation de ce matériau garantit également que les réactions de fabrication de l'acier peuvent désormais se produire dans une plage de températures de 1 292 à 1 472 degrés Fahrenheit (700 à 800 °C), ce qui peut être obtenu en utilisant des sources d'énergie renouvelables ou des échanges thermiques connectés aux hauts fourneaux.

En présence de quantités élevées de dioxyde de carbone, la pérovskite divise le gaz en oxygène que sa structure en treillis absorbe, et le monoxyde de carbone est renvoyé vers le haut fourneau. La réaction entre la pérovskite et l'oxygène est également réversible. Dans un environnement pauvre en oxygène, le réseau cristallin libère l’oxygène absorbé, qui peut ensuite être utilisé dans le four à oxygène pour fabriquer de l’acier.

Le communiqué de presse indique que la boucle fermée de recyclage du carbone de ce système pourrait remplacer 90 pour cent du coke généralement utilisé dans les hauts fourneaux. « 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. Le système que nous proposons peut être adapté aux usines existantes, ce qui réduit le risque d'actifs bloqués et à la fois la réduction des émissions de CO2. et les économies de coûts sont immédiatement visibles", a ajouté le professeur Ding.

La recherche a été récemment publiée dans le Journal of Clean Production.

Abstrait

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 double pérovskite, Ba2Ca0,66Nb0,34FeO6, est proposée pour la division thermochimique du CO2, un candidat viable en raison de ses faibles 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 TC Ce cycle 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. Après cinq ans, ce système permettrait à l'industrie sidérurgique britannique d'économiser 1,28 milliard de livres sterling tout en réduisant les émissions à l'échelle du Royaume-Uni de 2,9 %. La mise en œuvre de ce système dans les BF-BOF mondiales pourrait permettre au secteur sidérurgique de se décarboner conformément à l'Accord de Paris sur le climat visant à limiter le réchauffement à 1,5 °C.