Uma nova adaptação para altos-fornos existentes poderia reduzir as emissões da produção de aço em 88%; fechado

Pesquisadores da Universidade de Birmingham projetaram uma nova adaptação para altos-fornos existentes que poderia reduzir as emissões de CO2 da indústria siderúrgica em quase 90%. Essa redução é alcançada por meio de um sistema de reciclagem de carbono em circuito fechado, que poderia substituir 90% do coque normalmente usado nos atuais sistemas de alto-forno com forno de oxigênio básico e produzir oxigênio como subproduto.

Idealizado pelo professor Yulong Ding e pela Dra. Harriet Kildahl, da Escola de Engenharia Química da Universidade de Birmingham, o sistema é detalhado em um artigo de acesso aberto publicado no Journal of Cleaner Production. Se implementado apenas no Reino Unido, o sistema poderia proporcionar poupanças de custos de 1,28 mil milhões de libras em 5 anos, reduzindo simultaneamente as emissões globais do Reino Unido em 2,9%.

Apresentamos aqui um estudo de primeiros princípios do acoplamento do setor entre um ciclo de divisão termoquímica de dióxido de carbono (CO2) e a produção de aço de alto-forno – forno básico de oxigênio (BF-BOF) existente para uma descarbonização econômica. Uma perovskita dupla, Ba2Ca0,66Nb0,34FeO6, é proposta para a divisão termoquímica de CO2, um candidato viável devido às suas baixas temperaturas de reação, altos rendimentos de monóxido de carbono (CO) e 100% de seletividade em relação ao CO.

O CO produzido pelo ciclo TC substitui o caro coque metalúrgico para a redução do minério de ferro a ferro metálico no alto-forno (BF). O CO2 produzido a partir do BF é utilizado no ciclo TC para produzir mais CO, criando assim um ciclo fechado de carbono, permitindo a dissociação da produção de aço das emissões de gases com efeito de estufa.

A análise técnico-económica da implementação deste sistema nos BF-BOF do Reino Unido poderia reduzir as emissões do sector siderúrgico em 88%, aumentando ao mesmo tempo a competitividade em termos de custos do aço do Reino Unido no mercado global através da redução de custos.

O Sistema TC-BF-BOF com fluxos de massa necessários para produzir 1 tonelada de aço líquido. Kildahl et al.

As propostas actuais para a descarbonização do sector siderúrgico baseiam-se na eliminação progressiva das centrais existentes e na introdução de fornos eléctricos de arco alimentados por electricidade renovável. No entanto, a construção de uma instalação de forno eléctrico a arco pode custar mais de mil milhões de libras, o que torna esta mudança economicamente inviável no tempo que resta para cumprir o Acordo Climático de Paris. O sistema que propomos pode ser adaptado às centrais existentes, o que reduz o risco de activos ociosos, e tanto a redução de CO2 como a poupança de custos são visíveis imediatamente.

A maior parte do aço mundial é produzida em altos-fornos que produzem ferro a partir do minério de ferro e em fornos básicos de oxigênio que transformam esse ferro em aço.

O processo é inerentemente intensivo em carbono, utilizando coque metalúrgico produzido pela destilação destrutiva do carvão num forno de coque, que reage com o oxigénio na explosão de ar quente para produzir monóxido de carbono. Este reage com o minério de ferro na fornalha para produzir CO2. O gás superior do forno contém principalmente nitrogênio, CO e CO2, que é queimado para aumentar a temperatura do jato de ar até 1.200 a 1.350 °C em um fogão quente antes de ser soprado para o forno, com o CO2 e o N2 (também contendo NOx). emitido para o meio ambiente.

O novo sistema de reciclagem captura o CO2 do gás superior e o reduz a CO usando uma rede mineral cristalina de perovskita. O material foi escolhido porque as reações ocorrem dentro de uma faixa de temperaturas (700-800 °C) que pode ser alimentada por fontes de energia renováveis ​​e/ou gerada por meio de trocadores de calor conectados aos altos-fornos.

Sob uma alta concentração de CO2, a perovskita divide o CO2 em oxigênio, que é absorvido pela rede, e CO, que é realimentado no alto-forno. A perovskita pode ser regenerada à sua forma original em uma reação química que ocorre em um ambiente com baixo teor de oxigênio. O oxigênio produzido pode ser usado no forno básico de oxigênio para produzir aço.

A siderurgia é o maior emissor de CO2 de todos os setores industriais básicos, respondendo por 9% das emissões globais. De acordo com a Agência Internacional de Energias Renováveis ​​(IRENA), é necessário alcançar uma redução de 90% nas emissões até 2050 para limitar o aquecimento global a 1,5°C.