La adaptación novedosa de los altos hornos existentes podría reducir las emisiones siderúrgicas en un 90 %

24 de enero de 2023

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por la Universidad de Birmingham

Investigadores de la Universidad de Birmingham han diseñado una adaptación novedosa para los hornos de hierro y acero existentes que podría reducir las emisiones de dióxido de carbono (CO2) de la industria siderúrgica en casi un 90 %.

Esta reducción radical se logra a través de un sistema de reciclaje de carbono de "bucle cerrado", que podría reemplazar el 90% del coque que se usa típicamente en los sistemas actuales de hornos de oxígeno básico de alto horno y produce oxígeno como un subproducto.

Diseñado por el profesor Yulong Ding y la Dra. Harriet Kildahl de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Birmingham, el sistema se detalla en un artículo publicado en el Journal of Cleaner Production, que muestra que si se implementa solo en el Reino Unido, podría generar ahorros de costos. de 1280 millones de libras esterlinas en cinco años, al tiempo que se reducen las emisiones totales del Reino Unido en un 2,9 %.

El profesor Ding dijo: "Las propuestas actuales para descarbonizar el sector siderúrgico se basan en la eliminación gradual de las plantas existentes y la introducción de hornos de arco eléctrico que funcionan con electricidad renovable. Sin embargo, la construcción de una planta de horno de arco eléctrico puede costar más de mil millones de libras esterlinas, lo que hace que este cambio sea económicamente inviable. en el tiempo restante para cumplir con el Acuerdo Climático de París. El sistema que estamos proponiendo se puede adaptar a las plantas existentes, lo que reduce el riesgo de activos varados, y tanto la reducción de CO2 como el ahorro de costos se ven de inmediato".

La mayor parte del acero del mundo se produce a través de altos hornos que producen hierro a partir de mineral de hierro y hornos básicos de oxígeno que convierten ese hierro en acero.

El proceso es inherentemente intensivo en carbono, utilizando coque metalúrgico producido por destilación destructiva de carbón en un horno de coque, que reacciona con el oxígeno en el chorro de aire caliente para producir monóxido de carbono. Este reacciona con el mineral de hierro en el horno para producir CO2. El gas superior del horno contiene principalmente nitrógeno, CO y CO2, que se quema para elevar la temperatura del chorro de aire hasta 1200 a 1350 grados Celsius en una estufa caliente antes de soplar al horno, con el CO2 y N2 (que también contiene NOx) emitido al medio ambiente.

El novedoso sistema de reciclaje captura el CO2 del gas superior y lo reduce a CO utilizando una red mineral cristalina conocida como material de "perovskita". El material fue elegido porque las reacciones tienen lugar dentro de un rango de temperaturas (700–800 grados Celsius) que pueden ser alimentados por fuentes de energía renovables y/o generados usando intercambiadores de calor conectados a los altos hornos.

Bajo una alta concentración de CO2, la perovskita divide el CO2 en oxígeno, que se absorbe en la red, y CO, que se devuelve al alto horno. La perovskita se puede regenerar a su forma original en una reacción química que tiene lugar en un ambiente con poco oxígeno. El oxígeno producido se puede utilizar en el horno de oxígeno básico para producir acero.

La fabricación de hierro y acero es el mayor emisor de CO2 de todos los sectores industriales de cimentación y representa el 9% de las emisiones globales. Según la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA), se debe lograr una reducción del 90% de las emisiones para 2050 para limitar el calentamiento global a 1,5 grados centígrados.

Más información: Harriet Kildahl et al, Descarbonización rentable de los altos hornos: producción básica de acero en hornos de oxígeno a través del acoplamiento del sector termoquímico, Journal of Cleaner Production (2023). DOI: 10.1016/j.jclepro.2023.135963