既存の高炉への新たな適応により、製鉄時の排出量を 90% 削減できる可能性がある

2023 年 1 月 24 日

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バーミンガム大学による

バーミンガム大学の研究者らは、製鉄産業からの二酸化炭素（CO2）排出量をほぼ90％削減できる、既存の鉄鋼炉に新たな適応策を設計した。

この根本的な削減は、「閉ループ」炭素リサイクル システムによって達成されます。このシステムは、現在の高炉 - 基本酸素炉システムで通常使用されるコークスの 90% を置き換えることができ、副産物として酸素を生成します。

バーミンガム大学化学工学部の Yulong Ding 教授と Harriet Kildahl 博士によって考案されたこのシステムは、Journal of Cleaner Production に掲載された論文で詳しく説明されており、英国だけで導入すればコスト削減が可能であることが示されています。英国全体の排出量を 2.9% 削減しながら、5 年間で 12 億 8,000 万ポンドを削減します。

ディン教授は、「鉄鋼セクターの脱炭素化に向けた現在の提案は、既存のプラントを段階的に廃止し、再生可能電力を利用した電気炉を導入することに依存している。しかし、電気炉プラントの建設には10億ポンド以上の費用がかかるため、この切り替えは経済的に実行不可能である」と述べた。 「パリ気候協定を満たすために残された時間内に、私たちが提案しているシステムは既存のプラントに改修することができるため、座礁資産のリスクが軽減され、CO2 削減とコスト削減の両方がすぐに確認できます。」

世界の鉄鋼のほとんどは、鉄鉱石から鉄を生産する高炉と、その鉄を鋼に変える塩基性酸素炉を介して生産されています。

このプロセスは本質的に炭素を大量に消費し、コークス炉での石炭の破壊蒸留によって生成される冶金コークスを使用し、熱風中の酸素と反応して一酸化炭素を生成します。 これが炉内の鉄鉱石と反応してCO2を生成します。 炉からの塔頂ガスには主に窒素、CO、CO2が含まれており、高温のストーブで送風の温度を1,200～1,350℃まで上昇させるために燃焼し、CO2とN2（NOxも含む）とともに炉に吹き込まれます。環境に排出されます。

新しいリサイクル システムは、上部ガスから CO2 を回収し、「ペロブスカイト」材料として知られる結晶性鉱物格子を使用して CO2 に還元します。 この材料は、再生可能エネルギー源によって電力を供給したり、高炉に接続された熱交換器を使用して生成したりできる温度範囲 (摂氏 700 ～ 800 度) 内で反応が起こるため、選択されました。

高濃度の CO2 の下では、ペロブスカイトは CO2 を酸素に分解し、酸素は格子に吸収され、CO は高炉に戻されます。 ペロブスカイトは、低酸素環境で起こる化学反応によって元の形状に再生できます。 生成された酸素は、塩基性酸素炉で鋼を製造するために使用できます。

鉄鋼製造はすべての基盤産業部門の中で最も CO2 を排出しており、世界の排出量の 9% を占めています。 国際再生可能エネルギー機関（IRENA）によると、地球温暖化を摂氏1.5度に抑えるには、2050年までに排出量の90％削減を達成する必要がある。

詳しくは： Harriet Kildahl 他、「高炉の費用対効果の高い脱炭素化 - 熱化学部門のカップリングによる塩基性酸素炉鋼の生産」、Journal of Cleaner Production (2023)。 DOI: 10.1016/j.jclepro.2023.135963