وزارت انرژی ایالات متحده نزدیک به 1.5 میلیون دلار به موسسه تحقیقات منابع طبیعی دانشگاه مینه‌سوتا برای توسعه روش‌های بدون کربن برای تهیه آهن استخراج شده در ایالت برای تولید فولاد اهدا کرده است.
NRRI که آزمایشگاه‌هایی در ژرمن‌تاون و کولرین دارد، 575000 دلار کمک مالی 2.8 میلیون دلاری برای همکاری با دانشگاه مینه‌سوتا برای توسعه فرآیند پلاسمای هیدروژن مایکروویو برای جایگزینی کوره‌های بلند دریافت کرد. همچنین 900000 دلار به عنوان کمک مالی 3 میلیون دلاری برای همکاری با دانشگاه تافتس در مدفورد، ماساچوست، برای توسعه روشی برای کاهش مستقیم کنسانتره سنگ آهن با آمونیاک دریافت کرد.
هر دو فرآیند انتشار کربن را در این مرحله از فرآیند فولادسازی حذف می کنند. کاهش گازهای گلخانه ای، یعنی دی اکسید کربن، کلید کاهش یا جلوگیری از بدترین اثرات گرم شدن آب و هوا است.
طبق گزارش اداره اطلاعات انرژی ایالات متحده، در سال 2020 صنعت فولاد جهانی حدود 7 درصد از انتشار دی اکسید کربن را به خود اختصاص داده است.
مت ملینار، رئیس گروه تحقیقاتی فرآوری و متالورژی مواد معدنی در NRRI، گفت: «این میزان عظیمی از انتشار گازهای گلخانه‌ای تنها از تولید آهن و فولاد است. آنها (وزارت انرژی) در حال تلاش برای یافتن راه های جایگزین برای تولید محصولات مشابه بدون انتشار CO2 هستند.
هر دو روش NRRI به بررسی جایگزینی کربن با هیدروژن، یا با پلاسمای هیدروژن مایکروویو یا آمونیاک، که یک ترکیب نیتروژن-هیدروژن است، کمک خواهند کرد.
به طور معمول، زغال سنگ یا گاز طبیعی برای حذف اکسیژن از آهن قبل از یک کوره اکسیژن سنتی یا به طور فزاینده ای، یک کوره قوس الکتریکی آن را به فولاد تبدیل می کند، استفاده می شود.
مونوکسید کربن موجود در سوخت فسیلی می تواند اتم اکسیژن را از اکسید آهن جدا کند و آن را از آهن خارج کند اما دی اکسید کربن و سایر گازها را به عنوان محصول جانبی تولید کند. سپس این گازها در جو آزاد می شوند. اما اگر به جای آن از هیدروژن استفاده شود، دو اتم هیدروژن می توانند با یک اتم اکسیژن از اکسید آهن ترکیب شوند و آب را تشکیل دهند و بخار آب محصول جانبی بسیار مطلوب تری نسبت به گازهای گلخانه ای است.
برت آپیگارلی، دانشمند ارشد NRRI گفت: “ما می خواهیم هیدروژن کاهش را انجام دهد، نه CO (مونوکسید کربن)، زیرا در این صورت CO2 (دی اکسید کربن) تولید می شود، و این مشکل است.”
این پروژه‌ها بخشی از بودجه 28 میلیون دلاری بود که هفته گذشته توسط آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته وزارت انرژی (ARPA-E) تحت برنامه انقلابی‌سازی انتشارات سنگ معدن به فولاد (ROSIE) اعلام شد.
Evelyn N. Wang، مدیر ARPA-E در یک انتشار خبری گفت: «تولید آهن و فولاد از جمله چالش‌برانگیزترین بخش‌های صنعتی برای کربن‌زدایی هستند، بنابراین ARPA-E بر سرعت بخشیدن به پیشرفت‌های تکنولوژیکی تغییردهنده بازی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در این بخش‌های حیاتی متمرکز است. . “اعلام امروز به ملت کمک خواهد کرد تا به اهداف جاه طلبانه پرزیدنت بایدن انرژی پاک و مصرف خالص صفر دست یابد و رهبری جهانی آمریکا را در تولید پاک برای نسل های آینده تقویت کند.”
علاوه بر این، NRRI سال گذشته 2.1 میلیون دلار کمک مالی از وزارت انرژی دریافت کرد تا فناوری های مختلف کم کربن را برای صنعت فولاد مطالعه کند. این شامل استفاده از بیوچار، چوب گرم شده تا دمای بالا در شرایط کم اکسیژن، برای جایگزینی زغال سنگ در فرآیند فولادسازی است.
Mlinar گفت که ARPA-E که پروژه های هیدروژنی را تامین می کند، به دلیل حمایت از تحقیقات “Moonshot” شناخته شده است.
Mlinar گفت: “آنها بسیاری از پروژه های واقعاً، واقعاً پرخطر و با پاداش بالا را تأمین مالی می کنند که در غیر این صورت تامین مالی آنها دشوار است.”
اریک انبرگ، یکی از داوطلبان بخش Northland از لابی آب و هوای شهروندان، گفت که کاهش انتشار کربن از صنایع سنگ آهن و فولاد مدت‌هاست که به سختی قابل کاهش است.
اما این در حال تغییر است.
“چگونه می خواهیم این چیزها را کربن زدایی کنیم؟” – گفت انبرگ. «خب، معلوم شد که خیلی ساده‌تر از آن چیزی است که فکر می‌کردیم. چیزهای زیادی وجود دارد که ما می توانیم انجام دهیم – شاید در مقایسه با سوخت کربن چندان ارزان نیست.
انبرگ گفت که بودجه فدرال می تواند به ایده ها کمک کند تا زمانی که فناوری های جدید در حال توسعه شکست می خورند، فراتر از به اصطلاح “دره مرگ” حرکت کنند.
لابی مدنی آب و هوا نیز برای قیمت کربن بحث کرده است. انبرگ، اگر صنعت ببیند که روش‌ها و فرآیندهای سنتی کربن فشرده به شدت بالا می‌روند، می‌تواند آنها را به سمت فرآیندهای کم کربن یا بدون کربن سوق دهد.
انبرگ گفت: “شما باید یک فشار و کشش داشته باشید.”
اگر فرآیندهای هیدروژن عملیاتی شوند و سپس بزرگ شوند، می توانند یک بار دیگر صنعت سنگ آهن ایالت را متحول کنند.
ابتدا با کیفیت بالا استخراج شد که می توانست مستقیماً به کوره بلند اضافه شود. هنگامی که این کار تمام شد، فرآوری سنگ معدنی با عیار پایین به گلوله های غلیظ تبدیل به یک هنجار شد.
اما روش های کم کربن یا بدون کربن می توانند گلوله ها را از معادله خارج کنند.
انبرگ گفت که صنعت برای پذیرش فناوری جدید در مینه‌سوتا باید به سرعت حرکت کند، زیرا اگر به گلوله‌ها نیازی نباشد، چیزی نمی‌تواند مانع از ارسال سنگ معدن استخراج‌شده در محدوده آهن به خارج از ایالت برای پردازش در نقاط دیگر شود.
ما واقعاً باید از این فرصت استفاده کنیم. در غیر این صورت ناپدید خواهد شد. «و اگر ناپدید شود، پشته آهنی با فناوری‌های قرن گذشته باقی خواهد ماند. قرار نیست به جلو حرکت کند و فناوری و مشاغل و همه اینها جای دیگری خواهد بود.”