Yn ôl adroddiadau metel y byd, mae arloesedd technoleg lleihau allyriadau carbon diweddar y diwydiant dur yn cynnwys yr agweddau canlynol:
1.Reducingcynhyrchu ffwrnais chwyth, gan ddefnyddio sgrap neu wneud dur lleihau haearn EAF yn uniongyrchol.
2.Cymhwyso hydrogen o drydan gwyrdd wrth gynhyrchu haearn lleihau'n uniongyrchol.
3.Mwyn haearn electrolytig yn seiliedig ar hydrometallurgy.
4.Electrolysis ocsid tawdd.
5.Gwneud dur carbon deuocsid ultra-isel Ewropeaidd(ULCOS)prosiect (ailgylchu nwy ar ben ffwrnais chwyth, HISarna).
6.Niingnwy i gynhyrchu cynhyrchion cemegol
7.Cymhwyso slag yn y diwydiant sment
1 Cyflwyniad
Mae'r Asiantaeth Ynni Rhyngwladol yn cynnig cynllun datblygu cynaliadwy (SDS) i gyflawni nodau Cytundeb Paris.Er mwyn cyflawni'r cynllun hwn, mae'r Asiantaeth Ynni Rhyngwladol wedi cynnig bod yn rhaid i'r diwydiant dur leihau dwyster allyriadau carbon deuocsid dur crai 1.9% yn flynyddol rhwng 2017 a 2030.
Mae dwyster allyriadau carbon deuocsid dur crai wedi bod ar duedd ar i lawr er 2009 (gostyngiad o 1.8% o flwyddyn i flwyddyn yn 2017).Fodd bynnag, er mwyn lleihau allyriadau carbon deuocsid uned o gynhyrchion dur, mae angen i'r diwydiant dur weithio'n galetach o hyd a pharhau i wneud arloesedd technolegol.
Yn ddiweddar, bu sawl datblygiad diweddar o ran lleihau ôl troed amgylcheddol y diwydiant dur.Mae llawer o brosiectau, technolegau neu ddatblygiadau arloesol o'r fath yn dod o fewn y categorïau canlynol:
1)Gostyngiad hydrogen mewn mwyn haearn.
2)Defnyddio trydan gwyrdd.
3)Defnyddio biomas.
4)Technoleg triniaeth ddiwedd.
Mae'r erthygl hon yn trafod y llwybrau proses cynhyrchu dur cyfredol a'u materion allyriadau carbon deuocsid. Mae hefyd yn adolygu technolegau allyriadau isel (LETs) presennol ac yn datblygu. Gall y technolegau hyn newid y diwydiant dur yn sylfaenol.
1.1PrifSteelProcessRoutes
Mae tri phrif lwybr proses ar gyfer cynhyrchu dur:
1)Mae'r llwybr integredig yn mabwysiadu ffwrnais chwyth, trawsnewidydd ocsigen sylfaenol a ffwrn golosg (70% o'r dull BF-BOF).
2)Cynhyrchu haearn gostyngedig uniongyrchol (DRI), a ddefnyddir wrth wneud dur ffwrnais arc trydan (mae dull DRI-EAF yn cyfrif am 5%).
3) Gwneud dur ffwrnais arc trydan gyda dur sgrap (mae'r dull sgrap-EAF yn cyfrif am 24%).
1.2RhanbartholDiffeurns ynIron aSteelProductionTechnology
Mae rhagflaenydd y broses fodern o wneud dur BF-BOF wedi bodoli ers cannoedd o flynyddoedd. Beth bynnag, cychwynnodd y gwaith gwneud dur ffwrnais arc trydan ar ddechrau'r 20fed ganrif. Yn y 1960au, oherwydd bod llawer iawn o ddur sgrap ar gael, hyrwyddwyd a chymhwyswyd gwneud dur ffwrnais arc trydan.Cyfyngiadau'r EAF cynnar oedd diffyg trydan (yn enwedig trydan rhad) a chyflenwad sgrap, a dim ond cynhyrchion dur gradd isel y gallent eu cynhyrchu. Yn ystod yr 50 mlynedd diwethaf, mae ffwrneisi arc trydan wedi'u gwella'n barhaus, fel y gellir cynhyrchu bron i 80% o gynhyrchion dur gan ffwrneisi arc trydan. Mae gwledydd sydd â thrydan a sgrap neu nwy naturiol cost isel ar gyfer cynhyrchu DRI fel arfer yn cynhyrchu llawer iawn o ddur mewn ffwrnais arc. Yn 2018, cynhyrchwyd 68% o ddur crai yn yr Unol Daleithiau gan y broses ffwrnais arc trydan, tra mai dim ond 12% yn Tsieina. Yn Tsieina, mae cyflenwad digonol o sgrap a thrydan rhad yn ffactorau cyfyngol o hyd.
2 AllyriadReductionStrategy
2.1 ProsesRouteSetholiad:TterfysgolIintegredigSgwneud teelma, EAFSgwneud teel,DirectReductionIron
Yn ôl Japan' s cyfernod allyriadau pŵer, mae rhyddhau proses gwneud dur EAF, yn enwedig defnyddio sgrap fel deunydd crai, yn sylweddol is na'r broses BF-BOF draddodiadol.Er mwyn cyflawni gwaith dur sy'n fwy cyfeillgar i'r amgylchedd, gall y newid o'r diwydiant dur byd-eang i brosesau EAF leihau allyriadau carbon deuocsid yn sylweddol.Os yw llwybr BF-BOF yn cyfrif am 60% a bod llwybr y ffwrnais arc yn cyfrif am 40% (gan ddefnyddio deunydd crai 100% NG-DRI), gellir lleihau'r allyriadau carbon deuocsid tua 20% i 1.62 tCO2 / tHRC.
Mae trydan carbon isel a chyflenwad sgrap digonol yn amodau angenrheidiol ar gyfer gwneud dur EAF yn lle gwneud dur BF-BOF traddodiadol. Yn ogystal, dim ond pan fydd DRI / HBI yn cael ei ychwanegu at gynhyrchiad y ffwrnais arc trydan, gall y ffwrnais arc trydan ddod yn broses sy'n addas ar gyfer cynhyrchu pob gradd ddur. Mae argaeledd a chost nwy naturiol yn ffactor o bwys sy'n cyfyngu ar gynhyrchu DRI / HBI.
Yn Tsieina, y byd' s cynhyrchydd dur mwyaf, mae gwneud dur EAF wedi'i gyfyngu ar hyn o bryd oherwydd pŵer cyfyngedig a chyflenwad DRI a sgrap cost isel.Gall amnewid ffwrneisi arc yn lle rhai trawsnewidyddion fod yn duedd yn y diwydiant dur byd-eang.
2.2 ChwythFurnaceIgwella
Gan fod y llwybr BF-BOF cyfredol yn cyfrif am 70% o gynhyrchu dur, y strategaeth tymor byr i leihau dwyster allyriadau carbon dur yw addasu a gwella llwybr ffwrnais chwyth presennol fesul tipyn, a thrwy hynny leihau allyriadau carbon deuocsid fesul tunnell o ddur.Ymhlith y gwelliannau i lwybr BF-BOF mae technolegau sy'n defnyddio trydan, megis gorboethi aer poeth, ail-gylchredeg nwy uchaf, ffwrnais neu welliannau i'r broses golosg, chwistrelliad nwy naturiol i'r ffwrnais chwyth i wneud iawn yn rhannol am y galw am golosg, a defnyddio tanwydd amgen. megis biomas.
Gall defnyddio technoleg drydanol mewn ffwrnais chwyth leihau allyriadau carbon deuocsid, ar y rhagdybiaeth bod trydan yn dod o bŵer adnewyddadwy neu grid cenedlaethol gwyrdd.Mae dibynadwyedd a chynhaliaeth fflachlampau plasma wedi gwella'n sylweddol ers iddynt gael eu cyflwyno i ffwrneisi chwyth yn yr 1980au. Defnyddir ynni trydan i gynhyrchu llif plasma tymheredd uchel a chyflym.
Mae quenching sych yn welliant o'r dechnoleg golosg bresennol, gan ddefnyddio nwy anadweithiol i adfer gwres y golosg poeth coch.Mae'r gwres a adferwyd yn cynhyrchu stêm yn y boeler, a ddefnyddir at ddibenion eraill fel cynhyrchu pŵer. Mae cynnwys lleithder golosg quenching sych yn isel, gan arbed faint o golosg ffwrnais chwyth.
Mae llawer o brosiectau gwella ffwrnais chwyth yn canolbwyntio ar ddefnyddio biochar i ddisodli glo / golosg metelegol.Yn debyg i ffynonellau carbon petrocemegol eraill, mae biochar yn rhyddhau carbon deuocsid i'r atmosffer, ac ystyrir mai'r carbon deuocsid a ryddhawyd yw cydbwysedd y carbon deuocsid a amsugnir yn ystod twf biomas.Felly, ystyrir bod biochar yn niwtral o ran nwy tŷ gwydr (GHG).
Un o'r prif broblemau wrth ddefnyddio biomas fel amnewid carbon mewn ffwrnais chwyth yw bod gweithgaredd uchel biochar yn arwain at ostyngiad sylweddol yn ansawdd golosg.
2.3 Prosiect gwneud dur wedi'i seilio ar hydrogen
Datrysiad tymor hir i leihau allyriadau carbon deuocsid o ddur yw hyrwyddo'r dechnoleg o ddisodli carbon â hydrogen fel asiant lleihau haearn. Defnyddiwyd hydrogen yn y broses adweithio i gynhyrchu dŵr ac osgoi cynhyrchu carbon deuocsid.
Mae dwy ffordd i leihau hydrogen:1) Gall chwistrelliad hydrogen i ffwrnais chwyth leihau faint o lo / golosg sydd ei angen. 2) Wrth wneud dur EAF, gellir defnyddio hydrogen yn lle NG-DRI i gynhyrchu H2 - DRI.
2.4 Technoleg lleihau tawdd
Mae lleihau tawdd yn broses amgen o wneud haearn ar sail glo, sy'n dibynnu ar nwyeiddio glo mewn haearn tawdd.Mae'r broses lleihau toddi yn cynnwys dau ranbarth: rhanbarth cyn lleihau a rhanbarth lleihau toddi.Mae glo yn mynd i mewn i'r parth lleihau toddi, lle mae glo yn cael ei nwyeiddio i gynhyrchu gwres a nwy poeth sy'n llawn carbon monocsid.Mae gwres yn toddi haearn yn y parth lleihau tawdd, ac mae nwy poeth yn cael ei gludo i'r parth cyn-ostwng.Yna, cyn-ostyngodd y nwy poeth yr ocsid haearn cyn i'r ocsid haearn fynd i mewn i'r parth lleihau tawdd i'w ostwng yn derfynol.Mae technoleg lleihau toddi yn dileu'r broses golosg ac yn tueddu i osgoi proses crynhoad mwyn haearn, gan leihau allyriadau carbon deuocsid yn sylweddol.Un anfantais o'r mwyafrif o brosesau lleihau mwyndoddi yw bod angen llawer iawn o ocsigen arnyn nhw ac mae'r gost yn uchel.Ar hyn o bryd, mae llai nag 1% o ddur yn cael ei gynhyrchu trwy broses lleihau mwyndoddi.
HISARNA a FINEX yw'r ddwy dechnoleg lleihau toddi mwyaf cyffredin.
Mae HISARNA yn rhan o brosiect ULCOS gyda'r nod o leihau allyriadau CO2 50 y cant yn ystod gwneud dur.Er 2007, mae Tata Steel, Rio Tinto Group a grŵp prosiect ULCOS wedi bod yn datblygu technoleg HISARNA, a all gynhyrchu haearn yn uniongyrchol gyda mwyn haearn a glo heb unrhyw ragfarn.
O'i gymharu â'r llwybr gwneud haearn traddodiadol, mae allyriadau carbon deuocsid yn cael eu lleihau 20%, a gall defnyddio biomas neu sgrap yn ffwrnais HISARNA leihau allyriadau carbon deuocsid ymhellach 50%.
3. Opsiynau osgoi carbon uniongyrchol
Ar hyn o bryd, mae dau brosiect yn y cam arbrofol yn astudio llwybrau proses newydd, sydd â'r potensial i newid y diwydiant dur yn llwyr a datgarboneiddio'r diwydiant dur:mprosiectau electrolysis ocsid olewydd (MOE) a phrosiectau electrolysis mwyn haearn.Mae'r ddau yn dechnolegau trydanol gwyrdd.
3.1 Electrolysis ocsid tawdd
Mae Cwmni B yn datblygu proses gynhyrchu dur di-garbon mwyn haearn.
Mae'r broses hon ar lefel datblygu peilot ar raddfa fach.
Mae'r broses MOE yn defnyddio mwyn haearn fel deunydd crai i leihau haearn yn ddetholus trwy anod anadweithiol a haen electrolyt ocsid tawdd mwy sefydlog.
Mae'n rtynnu egularlyshaearn pur o'r gell electrolytig, ychwanegwchsaloion, ac yna prosesu a bwrw'r dur yn unol ag offer gwneud dur nodweddiadol i lawr yr afon.Er mwyn cynnal y priodweddau cemegol targed ac alcalinedd, mae'r cyfansoddiad gangue mewn mwyn haearn yn cyfuno â'r fflwcs i ffurfio haen ocsid tawdd.
3.2 Prosiect electrolysis mwyn haearn
Mae proses Siderwin yn brosiect newydd yn y diwydiant dur Ewropeaidd, dan arweiniad ArcelorMittal, gan ddefnyddio celloedd electrolytig i gynhyrchu haearn metelaidd.
Pan gyflwynir mwyn haearn i'r electrolyzer a bod y cerrynt yn llifo trwy'r electrod, denir haearn i'r catod a denir ocsigen i'r anod.Ariennir y prosiect gan gynllun Horizon 2020 yr UE ac ar hyn o bryd yn y cyfnod peilot. Mae batri diwydiannol 3 m yn cael ei adeiladu i brofi amryw ffynonellau haearn fel deunyddiau bwyd anifeiliaid, gan gynnwys haearn sgrap.
Mae cynhyrchu haearn metelaidd yn cynnwys tri phrif gam:
1) Mae hematit yn adweithio â haearn fferrus hydawdd i ffurfio magnetit: Fe2O3 + HFeO2- → Fe3O4 + OH-
2) Cyplu trydan rhwng magnetit a haearn: Fe3O4 + Fe + 4OH- → HFeO2-3) Electrocrystallization haearn o dan polareiddio cathodig: 3HFeO2- + 3H2O + 6e- → 3Fe + 9OH-
4 Ailgylchu nwy gwastraff
Gall dal, storio a defnyddio carbon hefyd chwarae rôl yn y cynnydd tuag at gynhyrchu dur allyriadau isel. Mae technolegau dal, storio a defnyddio carbon yn dal carbon deuocsid o nwy gwastraff ac yn ei ailddefnyddio fel deunyddiau crai ar gyfer cynhyrchu amrywiol gynhyrchion cemegol er mwyn osgoi defnyddio deunyddiau crai glo neu nwy naturiol. Gellir defnyddio carbon deuocsid sy'n cael ei ddal o nwy gwastraff dur i wella adferiad olew ffynhonnau olew, a gellir ei drawsnewid hefyd yn gynhyrchion gwerth uwch, fel bioethanol, biomethanol neu bolymer. Gellir storio carbon deuocsid hefyd mewn sment neu ei ddefnyddio fel bwyd anifeiliaid ar gyfer tyfiant algâu. Fodd bynnag, er mwyn dileu allyriadau carbon deuocsid o'r diwydiant haearn a dur cyfredol yn llwyr, mae angen nifer fawr o sment neu algâu, a fydd yn cynyddu anhawster y technolegau hyn.
Fel rheol, cynhyrchir bioethanol o eplesu burum mewn biomas fel corn neu siwgwr siwgr. Fe'i defnyddir yn lle gasoline. Mae bioethanol yn rhyfeddol oherwydd ei fod yn dod o adnoddau adnewyddadwy. O'i gymharu â thanwydd ffosil, mae bioethanol yn llai gwenwynig ac yn cynhyrchu ychydig yn llai o allyriadau carbon deuocsid.
Gellir cynhyrchu methanol trwy nwy ffwrnais chwyth neu nwy popty golosg i leihau allyriadau carbon deuocsid trwy osgoi defnyddio tanwydd ffosil. Gall nwy synthetig ar gyfer synthesis methanol fod yn gymysgedd o hydrogen, carbon deuocsid a charbon monocsid. Fodd bynnag, rhaid tynnu cyfansoddion fel N2 o'r nwy ar gyfer cynhyrchu methanol.
5 Casgliad
Mae'r diwydiant dur yn buddsoddi llawer o arian i ddatblygu technolegau i leihau ei ôl troed carbon. Gall datrysiadau tymor byr fel gwella ffwrneisi chwyth yn raddol neu drosglwyddo i wneud dur EAF helpu i leihau allyriadau carbon fesul uned cynhyrchu dur. Fodd bynnag, os yw allyriadau carbon deuocsid i gael eu lleihau'n sylweddol, rhaid gwella prosesau amgen newydd, megis defnyddio hydrogen fel asiant lleihau neu dechnoleg lleihau mwyndoddi gwyrdd i ddatgarboneiddio'r diwydiant haearn a dur (Ffig. 2). Yn ogystal, mae cefnogaeth y Llywodraeth i ynni gwyrdd a diddymu'r diwydiant tanwydd ffosil yn raddol yn hanfodol i hyrwyddo'r technolegau arloesol hyn fel dewisiadau amgen cynaliadwy a chost-effeithiol i'r prosesau presennol.