Moderní doba má kostru z oceli. Bez tohoto vylepšeného železa by to nešlo anebo by všechno bylo podstatně komplikovanější. Problém je, že výroba oceli zodpovídá asi za 8 procent globálních emisí uhlíku, což z ní dělá největší industriální zdroj skleníkových plynů na planetě. Na tento problém cílí nová technologie dekarbonizace výroby oceli, která by měla být jak šetrná vůči prostředí, tak i zisková, což je v daném kontextu klíčové.
V dlouhodobě výhledu je řešení emisí výroby oceli poměrně jasné. Bude nutné přejít na elektrické pece a redukci s využitím zeleného vodíku. Při důsledné výrobě tohoto typu bude odpadním produktem pouze voda. Jenže, dělat změny tohoto typu není snadné. Ani trochu.
Lidstvo v současnosti vyrábí asi tak 2 miliardy tun oceli ročně. Je to kolosální průmysl, protkaný sítěmi ekonomických i jiných vazeb. Přechod na zelenou ocel vyžaduje hodně času a ohromnou spoustu peněz. Fatální překážkou je v současnosti výrobní cena zelené oceli, která asi o 60 procent převyšuje cenu fosilní oceli.
Proto se i v budoucnu, zřejmě ještě desítky let, budeme setkávat s fosilní výrobou oceli, tj. s vysokými pecemi a kyslíkovými konvertory (BF-BOF, Blast-Furnace/Basic Oxygen Furnace). To je skvělá příležitost pro pozoruhodný modernizační systém fosilní výroby oceli, který vyvinul tým vedený Harrietou Kildahlovou z britské University of Birmingham. Není to sice kompletně „zelená“ technologie, ale mohl by to být jeden z největších pokroků směrem k zelenému průmyslu, přinejmenším v tomto roce.
O co vlastně jde? Modernizační systém nahrazuje zhruba 90 procent koksu používaného ve vysoké peci přímým vpouštěním oxidu uhelnatého. Ten pochází ze systému, který zachycuje a recykluje odpadní plyn vytvořený samotnou vysokou pecí. Za vysoké teploty z něho separuje oxid uhelnatý, oxid uhličitý, vodík a dusík, které pak dále zpracovává dvoureaktorový redoxní systém a udržuje uhlík uvnitř procesu.
V jednom z reaktorů dochází k termochemické oxidaci perovskitového materiálu BCNF1 za teploty kolem 800 °C a za vysoké koncentrace oxidu uhličitého, přičemž dochází k jeho přeměně na oxid uhelnatý, s účinností asi 10,1 procent při každém průchodu reaktorem. Ve druhém reaktoru zase dochází k termochemické redukci materiálu BCNF1 za přítomnosti dusíku a vodíku, při teplotě zhruba 700 °C, přičemž se z materiálu BCNF1 uvolňuje čistý kyslík. Tento kyslík vstupuje do kyslíkového konvertoru, jehož odpadní plyn opět vstupuje do systému pro separaci plynů. Asi po 24 hodinách dojde k zahlcení struktur BCNF1 v oxidačním i redukčním reaktoru, přičemž stačí přepnout jejich vstupy a vše jede dál.
Modernizační systém týmu Kildahlové velice efektivně recykluje uhlík a teplo. Kvůli odstranění většiny koksu z výroby oceli ale potřebuje vnější dodávky energie, přibližně 306 kWh elektřiny na tunu vyrobené surové oceli. Pokud ale půjde o elektřinu z obnovitelných zdrojů, nebude její dodávání zvyšovat emise celého procesu.
Zásadní je, že by modernizační systém měl podstatně zlevnit výrobu oceli. Vědci to propočítali na příkladu ocelárny společnosti British Steel ve Scunthorpe. Potřebovali by tam celkem 10 přepínatelných redox reaktorů s BCNF1, každý o zhruba o výšce 15 m a průměru 9,5 m, při celkových nákladech asi 445 milionů dolarů. Zároveň by ale ušetřili 232 milionů dolarů ročně za koks a vydělali 16 milionů za prodej přebytečného kyslíku. Po pěti letech by ocelárna byla v plusu 740 milionů dolarů. Každých 5-10 let by bylo nutné vyměnit perovskitový materiál BCNF1, což by stálo cca 248 milionů dolarů.
Třešničkou na dortu je asi 94procentní pokles emisí uhlíku. Technologie fosilní výroby oceli BF-BOF představují asi 70 procent světové produkce oceli. Potenciál pro dekarbonizaci s využitím modernizace stávajících zařízení je zřejmě obrovský. Zatím je to ale jen na papíře. Teď je nutné dotáhnout vývoj modernizačního systému, postavit prototyp, vyzkoušet ho a pak uvidíme, jak to funguje.
Vide: Decarbonising steelmaking
Literatura
Laserový systém ohlídá tavenou ocel. Rychle a levně.
Autor: Stanislav Mihulka (25.06.2018)
Kanada vybuduje výkonnou hydroelektrárnu na výrobu vodíku
Autor: Stanislav Mihulka (24.01.2021)
Volvo vyrábí první vozidlo světa z „bezfosilní“ oceli
Autor: Stanislav Mihulka (17.10.2021)
Důmyslný modernizační systém předělá dieselový motor na 90% vodíkový pohon
Autor: Stanislav Mihulka (16.10.2022)
Diskuze:
Úspory emisí bez OZE
Florian Stanislav,2023-02-03 18:45:15
Úspory emisí se nabízejí i jinde
https://vtm.zive.cz/clanky/na-slavne-mit-vymysleli-nove-vrtule-drony-s-nimi-jsou-temer-neslysne/sc-870-a-220544/default.aspx
Toroidní lodní šroub Sharrow Marine snižují spotřebu paliva přibližně o 20 %.
Svět emise - 1,9% lodní doprava (+ blíže neurčené ostatní), auta osobní + nákladní 10,6%, průmysl 29,1%, zemědělství 20,2%.
náraz na oze
David Pešek,2023-02-01 07:13:32
na papíře je to krása ale narážíme zde na omezení občasných zdrojů energií - fluktuace zdrojů vs kontinuální potřeba energie a průtoku vodíku. Řešení se nabízí ale líbit se nebude - vysokoteplotní jaderný reaktor, dokáže s nejlepší účinností poskytnout technologické teplo, elektřinu a elektrolýzou i výrobu vodíku
Vzdy si spomeniem
Macko Pu1,2023-01-31 18:35:45
Z nejakeho dovodu po takomto clanku na klasiku cisarov pekar. Werich ako mu ucenci vysvetluju co vlastne robia.
Libor Zak,2023-01-31 14:11:25
čekal jsem, kdy přijde to "ale" a nemusel jsem dlouho. Každá podobná zázračná technologie končí slovy, ale když se použije energie z obnovitelných zdrojů... Už není řečeno, že bez dotací by ty elektrárny na obnovitelné zdroje často stály víc než kolik za život vyprodukují energie. Jejich dopad na ekologii a další problematické faktrory. A taky, že kdyby měly ty obnovitelné zdroje pokrýt všechny ty ekologické vstupy, muselo by tu pražit slunce víc jak na Sahaře, fučet jak za bouře na Mont Blancu a téct několik Amazonek.
Takže jen další lapač grantů a dotací.
Re:
Florian Stanislav,2023-01-31 17:57:39
Výroba železa ( a pak oceli) z železné houby vzniklé redukcí rudy vodíkem je stará desítky let. Realizace do 2025.
https://oenergetice.cz/emise-co2/thyssenkrupp-bude-vyrabet-bezemisni-ocel-pomoci-vodiku
Problém tedy není omezení emisí CO2, ani zdoj zeleného vodíku z přebytků VE a FVE, ale v tom
zelený vodík, když je ho třeba. I když k reduci vodíkem stačí nižší teploty kolem 1000°C, výroba asi musí být kontinuální
Re: Re:
Josef Hrncirik,2023-02-01 14:53:46
Tavenina Fe se podle zákona schválnosti podle oxiduje parou na FeO a trapně vzniká profláklý H2.
Redukce rudy pomocí H2 tedy produkuje pouze houbovité plastické Fe ve kterém je zatavená hlušina. Tu je nutno odstranit a po roztavení i železo zauhlčit ev. i až na litinu a v konvertoru či v peci zbavit škodlivých nečistot dalším převedením do strusky, přidat legovací přísadynikoliv a snížit obsah uhlíku na požadovanou hodnotu dle aplikace oceli a ocel deoxidovat ev. navíc odplynit. Přitom všem je houba na houby i banderovským plukům Azov v Azovstallu.
Tanky budou propáleny, rozřezány O2, roztaveny, smíchány se šrotem a znovu několikrát re cyklovány. H2 bomby to dosti urychlí. Emise CO2 nutně vznikají opalem C elektrod i v obloukové peci, ale hlavně z nutné spotřeby vápence pro pro vápno nutné do strusky.
Klasický proces s koksem a spalováním kychtového plynu k ohřevu spalovacího vzduchu a pohonu dmychadel vzduchu umožňoval bezproblémový výhodný protiproud s rychlou reakcí v tavenině s nauhličením a taveninou strusky.
Zelená je ocel
Pavel Kozelský,2023-01-31 10:20:30
Vážení, jediná zelená je ocel, kterou nemusíte vyrobit. Navíc se bavíte o objemech statisíc kubíků plynu hodinově, to může velmi dobře fungovat v modelu na PC. Realita však bude zcela jiná a výsledná cena produktu pak bude zcela nekonkurenceschopná. Připomíná to elektrodebilní automobilové šílenství. Ale fyziku nepřečúráš prostě spalovací motor s nádrží mají menší hmotnost než baterie s elektrophonem a ty musíš uvést do pohybu. A totéž platí pro tuto novou technologii při platnosti zákonů zachování hmoty a energie.
Re: Zelená je ocel
Pavel Vitvar,2023-02-01 15:17:09
Konkurenceschopnost na neobyvatelné planetě mě neláká.
Elektro auto šílenství vzniká jen díky vám, kteří si to nechcete spočítat.
A jeden tip pro zajímavost. S rostoucím množstvím CO2 v atmosféře se zvyšují náklady na vytápění a ventilaci. Je to tím, že musíte v místnostech více větrat. ;-)
Re: Re: Zelená je ocel
Jirka Naxera,2023-02-02 20:06:03
Dekuji za velmi dobry tip. Nevadi tak trochu, ze se bavime o koncetracich CO2 v atmosfere pod 500ppm, zatimco skodlive ucinky CO2 zacinaji nekde kolem 1000ppm?
Clovek kdyby chtel rejpat, tak by spis rekl, ze za castejsi vetrani muze spise nesmyslne zarazeni blower-door testu do definice pasivniho domu, takze jinak receno, i kdybych postavil barak se spotrebou energii 10Wh/m^2/rok ktery by dychal, tak na to nedostanu ani korunu dotace, dokud to cele nezabalim do igelitu a neudelam z toho peklo na dejchani (ktere se pak dal musi slozite napravovat at uz vzduchotechnikou, nebo castym vetranim) .
A elektroautosilenstvi je tu hlavne kvuli silencum, kteri jsou schopni znovuotevrit uhelny dul, jen aby uz uz mohloi vypnout nenavideneho Satana v podobe ciste jaderne elektrarny, ktera zadne emise nema.
A elektřina je zadarmo?
Kamil Kubu,2023-01-31 09:42:04
Nějak v té bilanci chybí těch 306 kWh na tunu surové oceli. Ta ocelárna vyrobí ročně 3 200 000 tun oceli. Potřebují tedy bratru nějakých 1 TWh elektřiny navíc. Při ceně kdysi za $50/MWh jsou pořád v plusu, i když se jim ta profitabilita dost smrskne. Při ceně $100/Mwh, což je pořád pod očekávanou cenou pro Hinkley Point, už ten projekt začne být diskutabilní, zejména pokud by počítal rozpočet na deset let a bylo nutné zacálovat novou náplň perovskitu. Při současných cenách v rozmezí 150-200 dolarů za MWh to je čirá ekonomická zoufalost.
Nadějné?
Josef Nýč,2023-01-31 08:56:20
Dobrý den. Jednoznačně si myslím, že dotace do těchto studií a pokusů má větší smysl než do mobility elektro.I vzhledem k tomu, že civilisace žije z daní a už se začínají i platit z elektromobility a někde zakazují i jejich provoz. Protože zatěžují distribuční síť nebývale. (Mimo jiné spoléhat se jen na elektřinu tuto civilisaci může pohřbít.)
snížení emisí omezením množství koksu
Florian Stanislav,2023-01-30 20:20:16
Pokusím se vytáhnout z hlavy středoškolské vědomosti o výrobě szurového železa. Vsázka na 1 tunu vyrobeného surového železa.: 1,5 obohacené rudy, 0,6 tuny koksu ( podíl koksu se snižuje), 0,5 tuny vápence, , 4000 m3 předehřátého vzduchu-1200°C . Že by tyto informace byly pro Google na první ránu, se říci nedá.
Takže po staru. Na 1000 kg surového železa je třeba 600 kg koksu a 500 kg vápence ( z něj vznikne 392 kg CO2, ve strusce se CaO váže hlavně jako CaSiO3.)
Vznikají kychtové plyny ( asi 25% CO), které se spalují pro ohřev vzduchu a vrací se tak část energie do procesu. Takže nakonec se skoro všechen uhlík spálí. Asi 4,5% uhlíku je v surovém železe, to je 45 kg uhlíku na 1000 kg surového železa, v oceli obvykle pod 1,7%C.
Závěr je zřejmý i z článku, v klasické výrobě oceli je koks zdrojem redukčních sloučenin ( přímá redukce C, nepřímá pomocí CO) a jako zdroj energie hlediska emisí je zdrojem CO2.
Část koksu jako zdroje energie lze nahradit zemním plynem (z CH4 vzniká nejen CO2, ale i voda = úspora emisí CO2). Část redukčních sloučenin se nahradí vodíkem. Každá úspora koksu = snížení emisí CO2.
Re: snížení emisí omezením množství koksu. Autoři však vyřešili problém: Kak zakaljať stal (Jak nakálet do oceli).
Josef Hrncirik,2023-02-01 19:44:57
Obr.3: Koloběh energie v modernizovaném systému. Kredit: University of Birmingham.
Není vyloučeno, že popisek měli autoři dobře.
Diagram se však jasně týká pouze procesních teplot a na rozdíl od obr.2 s nízko karbonovým návrhem v obr.3 nejsou v něm energetické toky ani rámcově kvantifikované.
Za energetické toky se hluboce stydí jako za téměř koncovky metabolizmu, ev. na ně hluboce.
Bez kolonií se jim nic nedaří.
Nikdo to nečte, nikdo tomu nerozumí, klobouk a metabolit pod kloboukem v křoví ... .
Re: snížení emisí omezením množství koksu
Petr Galipoli,2023-02-04 09:56:42
Dobrá stechiometrie i popis. Jen dotaz: píšete, že z 500 kg vápence a z něj vznikne 392 kg CO2. Nějak mi to nevychází, ani když by ten vápenec byl čistý CaCO3 (Mr=100): 500/100*44 (Mr CO2)=220 (kg CO2). Ale to není meritum problému. Dobré shrnutí poskytuje Josef Hrncirik.
Chemie, chemie
Petr Galipoli,2023-01-30 19:25:36
Nějak se v tom ztrácím. V článku se píše: „V jednom z reaktorů prochází oxid uhličitý termochemickou oxidací za teploty kolem 800 °C, s využitím perovskitového materiálu BCNF1, přičemž dochází k přeměně na oxid uhelnatý, s účinností asi 10,1 procent při každém průchodu reaktorem."
Jako vystudovaný chemik jsem se domníval, že uhlík má maximální oxidační stupeň 4+ a že oxidace znamená zvýšení oxidačního stupně. A tady se z CO2 (C4+) oxidací dostane CO (C2+).
A další pokračování článku už pžekračuje moje chápání úplně: „. Ve druhém reaktoru s materiálem BCNF1 dochází k termochemické redukci s dusíkem a vodíkem, při teplotě zhruba 700 °C, za uvolňování čistého kyslíku."
Pokd někdo tomu rozumí a je schopen tento text převést do chemických rovnic, tak mu budu velmi vděčen.
P.S. Vím, že oxidační čísla se píší řimskými číslicemi, ale neumím zde vytvořit exponent, a tak používám arabské pro lepší čitelnost.
Re: Chemie, chemie
Vít Výmola,2023-01-30 19:36:20
Pochopil jsem to naopak. Oxiduje a redukuje se BCNF1, ne plyny, které vstupují do reaktoru. Proto se taky ty reaktory po zahlcení prohazují. Toto mi aspoň vyplývá ze schématu procesu, v textu je to pak asi trochu zmatečné.
Re: Re: Chemie, chemie
Lukáš Fireš,2023-01-30 19:46:46
Jsem stejného názoru, v článku mělo být "prochází redukcí" nikoliv "oxidací".
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2212982022003006
This research presents the splitting of carbon dioxide (CO2) by Ba2Ca0.66Nb0.34FeO6 (BCNF1) at the 100 g scale and the techno-economic assessment of a carbon-neutral carbon monoxide (CO) production facility based upon this perovskite. BCNF1 was found to convert 10.1 % of CO2 to CO with 100 % selectivity at 800 °C, ...
Celkově jim jde o rozštěpení CO2 na C a O2 a dělají to ve dvou stupních.
Re: Re: Re: Chemie, chemie
Josef Hrncirik,2023-01-30 20:14:48
Nejdůležitější je, že si topí dusíkem z atmosféry a topí se v rajském plynu a librách.
Re: Re: Re: Chemie, chemie
Josef Hrncirik,2023-02-01 21:08:30
Rozštěp mysli začíná jako 2 CO2 = 2 CO + O2 a nastává pouze za teploty plazmového hořáku. Při extrémně prudkém ochlazení expanzí a vodní mlhou by vznikla ona výbušná směs, která by při nejbližší příležitosti alespoň shořela. Pokud by k tomu v ocelárně nedostala sebemenší šanci, dala by se rozseparovat na prodejný O2 a prodejný CO. Ten by se dal z peněz prodeje O2 podplatit k redukci rudy na houbové železo, které se speče a upchá pecu. Při teplotě pod ? cca 350°C CO disproporcionuje reakcí 2 CO = CO2 + C (prý podstata tvorby sazí ?v komíně). Ty lze snadno s velkým kladným? ziskem slisovat a spékat na metalurgický koks, který svou žáruvzdornou pevností vůbec umožňuje průchod plynů a taveniny vsádkou, aby nedošlo k vysokopecní zácpě železným těstem.
A kam se odstěhoval hen ten vodík?
A proč by tam vůbec byl, jak se tam dostal a co by tam vlastně dělal?
Cokoliv řeknete bude použito proti Vám!
Re: Re: Chemie, chemie
Petr Galipoli,2023-02-01 20:03:26
To proto, že ten odstavec kompletně přepsali.
Re: Chemie, chemie
Josef Hrncirik,2023-01-30 20:57:16
BCNF1 = BCNF1 ox.
BCNF1 = BCNF1 red.
BCNF1 red. + CO2 = BCNF1 ox + CO2 red = BCNF1 ox + CO
BCNF1 ox + N2 = BCNF1 red. + N2 + d O2
d* 1/d O2 = O2
4 N2+ O2 = 5 air
cca 1,5 BCNF1 red. = cca 1,5 BCNF1 ox + Fe
Milý Watsone, byl jsem z toho red ox a přitom je to pouhá běžná thermo/nukleární disproporcionalizace složitějšího oxidu železa.
Re: Re: Chemie bude v Oslu popsána již brzy stručně a jasně čínskými znaky, když se Vám búkvy nelíbí
Josef Hrncirik,2023-01-30 21:15:54
Vinkler Slavomil,2023-01-30 18:25:29
No ale tý elektriky je docela hodně a zatím je jen když občas fouká.
Vinkler Slavomil,2023-01-30 18:21:29
No ale to je o ničem. Ocel obsahuje tak 0,2 až 2% uhlíku a pak je litina tak 4%.
dekarbonizace výroby uhlíku
Petr Petr,2023-01-30 16:50:03
Vím, že článek je o jiném, ale co je ocel bez uhlíku. Prostě železo. :-)
Re: dekarbonizace výroby uhlíku
Pavel Vitvar,2023-02-01 15:20:31
Jasný :-) ono ale jde o redukci železa ze železné rudy a ten CO je tam jen jako pracovní medium.
Re: Re: dekarbonizace výroby uhlíku
Josef Hrncirik,2023-02-02 17:59:42
Byl požíván též v pojízdných generátorech.
Nicméně bez roztavení železné houby se peca upchá nechutným železným těstem.
Propustnost pro plyny a taveninu udrží jednoduše teprve dostatečný obsah koksu vhodného zrnění a teplota nad b.t. železa. Určitě místo koksu by tam mohl být šamot či magnezit a topilo by se CO připravovaným z koksu či petroleje ve zvláštním reaktoru ve zvláštní škole.
Při teplotě blízké tání Fe je H2, ale i CH4 méně účinné redukovadlo než C a hlavně CO.
Snaha připravit CO z CO2 solárně termickým procesem je mnohem tvrdší oříšek než ev. souběžný proces přípravy termického H2. I při 1700°C jsou výtěžky, kapacita i účinnost mizerné. Dokola se totiž ohřívají příliš velké vlastně balastní hmoty a teplo se musí regenerovat.
V obr.3 navržené nízké teploty pro termální redukce a oxidace 700°C či 800°C jsou podezřele nenáročně nízké. Vypadají přijatelně, ale nemohou nikdy poskytnout přijatelný tlak CO či O2.
Nutně bude kinetika pomalá a nízká konverze kvůli termodynamicky nízké použité teplotě bude vyžadovat obrovské množství hmot s nutnou regenerací tepla a zakoncentrování O2 či CO bude náročné investičně i energeticky.
Přes to nejede vlak.
Dílo dokonale korunuje věta pod obr.3:
... "Ve druhém reaktoru zase dochází k termochemické redukci materiálu BCNF1 za přítomnosti dusíku a vodíku, při teplotě zhruba 700 °C, přičemž se z materiálu BCNF1 uvolňuje čistý kyslík ... ."
K ní už nelze nic slušného přidat.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
