Naujas plieno gamybos būdas gali vienu metu sumažinti CO2 emisiją 5 proc

„Boston Metal“ sutikimu

Tamsiai pilko plieno gumuliuotas diskas dengia suolą Boston Metalo laboratorijoje, MIT nugaroje, esančioje už pusvalandžio į šiaurę nuo to paties pavadinimo miesto.

Tai pirmoji bendrovės didelio stiprumo lydinio partija, sukurta naudojant naują metalo apdirbimo metodą. Vietoj šimtmečius plieno gamyboje naudotos aukštakrosnės „Boston Metal“ sukūrė kažką panašaus į akumuliatorių. Konkrečiai, tai yra žinoma kaip elektrolitinė celė, kuri neapdorotai geležies rūdai apdoroti naudoja elektrą, o ne anglį.

Jei technologija veiktų taip pigiai, kaip tikisi įkūrėjai, ji gali pasiūlyti aiškų kelią sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą iš vieno sunkiausiai valomų pasaulio ekonomikos sektorių ir vienintelio didžiausio pramoninio klimato taršos šaltinio.

Pastaruosius šešerius metus dirbusi prie šios idėjos, devynių žmonių įmonė pereina į kitą etapą. Jei bus baigtas laukiantis finansavimo etapas, startuolis planuoja pastatyti didelį demonstracinį įrenginį ir sukurti pramoninio masto plieno gamybos elementą.

Anglies pjovimas

Pagal pagrindinį požiūrį į plieno gamybą šiandien geležies oksidas dedamas į aukštakrosnį su koksu – kieta, porėta medžiaga, gaunama iš anglies. Esant aukštai temperatūrai, koksas virsta anglies monoksidu, kuris iš geležies pašalina deguonį, todėl susidaro tarpinis metalas, žinomas kaip ketus, kartu su anglies dioksidu, kuris patenka į atmosferą.

Remiantis neseniai paskelbtu dokumentu, šiuo ir kitais proceso etapais į atmosferą kasmet išpumpuojama apie 1,7 gigatonos anglies dioksido, o tai sudaro iki maždaug 5 proc. Mokslas (žr. Mes vis dar neįsivaizduojame, kaip pašalinti daugiau nei ketvirtadalį energijos išmetimo). Ir tai prieš atsižvelgiant į kurą, reikalingą krosnims kūrenti.

Automobiliai, pastatai ir tiltai yra gana priklausomi nuo plieno, sako Stevenas Davisas, pagrindinis šio tyrimo autorius ir žemės sistemos mokslininkas iš Kalifornijos universiteto Irvine. Taigi, jei to nepakeisime – ir nėra jokių ženklų, kad esame – turime sugalvoti būdą, kaip procesą dekarbonizuoti.

Tačiau norint visiškai panaikinti išmetamų teršalų kiekį, reikės arba technologijos, kuri gali surinkti anglies dioksidą prieš jam paliekant plieno gamyklą, kuri yra brangi ir techniškai sudėtinga, arba naudoti alternatyvias medžiagas deguoniui pašalinti iš geležies oksido.

Moonshot

MIT chemikas Donaldas Sadoway'us 2000-ųjų viduryje netyčia pradėjo dirbti su sprendimu.

NASA pasiūlė ketvirtį milijono dolerių prizą pirmajai tyrėjų komandai, galinčiai išsiaiškinti, kaip iš Mėnulio paviršiaus išgauti deguonį, o tai yra būtina sąlyga Mėnulio bazių steigimui. Sadoway pasiūlė naudoti elektrolitinį elementą, kuris gamina elektros srovę, kad suskaidytų junginius, kad išgautų deguonį iš mėnulio uolienų. Šalutinis produktas buvo išlydytas metalas, o tai paskatino jį ištirti galimybę panaudoti panašų metodą apdorojant metalus Žemėje.

Tačiau norint pagaminti kažką panašaus į plieną, reikės anodo, pagaminto iš pigių medžiagų, kurios nerūdytų aukštoje temperatūroje arba lengvai reaguotų su geležies oksidu. 2013 m. Sadoway ir MIT metalurgijos tyrinėtojas Antoine'as Allanore'as paskelbė a popierius in Gamta Darant išvadą, kad anodai, pagaminti iš chromo lydinių, gali pažymėti visus tuos langelius.

Praėjusiais metais Sadoway, Allanore ir kitas partneris įkūrė startuolį, žinomą kaip Boston Electrometallurgical, kuris taps Boston Metal.

Iki šiol bendrovė surinko 13 milijonų dolerių, daugiausia iš Brazilijos investuotojo Ingo Wender, JAV Energetikos departamento ir Nacionalinio mokslo fondo. Įmonė atsisakė atskleisti laukiamos investicijos šaltinį, kol sandoris nebus baigtas.

Neryžtinga pramonė

Viena iš jo elektrolitinių elementų yra Boston Metalo galiniame kambaryje. Tai pritūpęs metalinis cilindras, kurio iš viršaus išnyra į kaminą panašus vamzdelis, o priekyje yra kiaušialąstė. Jis skirtas ferolydiniams, didelės pelno maržos medžiagai, naudojamai tam tikrų rūšių plienui gaminti, gamybai ir pradinei įmonės tikslinei rinkai.

Kaminas iš tikrųjų yra anodas. Plonas metalo sluoksnis išilgai dugno sudaro katodą. Šie teigiami ir neigiami elektrodai kartu veikia kaip tam tikras siurblys, stumiantis elektronus per kameroje esantį elektrolitą, metalinių mineralų ir kitų oksidų mišinį.

Tikslios šio elektrolito sudedamosios dalys yra esminė įmonės pagrindinės technologijos dalis. Plieno atveju kiti oksidai veikia kaip tirpiklis esant aukštai temperatūrai, ištirpindami geležies oksidą patys nesuirdami.

Kaip Boston Metal elektrolitinis elementas apdoroja metalą naudodamas elektrą.

Elektros srovei kaitinant tą sriubą, iš geležies burbuliukų išsivadavęs deguonis kyla į viršų, o susidaręs metalas kaupiasi apačioje. Kai operatoriai pamuša arba pralaužia pamušalą per priekyje esančią angą, išlydytas metalas išsilieja liepsnojančia oranžine linija.

Plieno gamyboje anglies naudojimo pranašumas yra tas, kad ji suteikia galutiniam produktui stiprumo, bent jau tada, kai jo proporcija yra tinkama. Adamas Rauwerdinkas, bendrovės strategijos direktorius, elektroniniame laiške teigė, kad norint pagaminti konkrečių rūšių plieną, metalui vėsstant galima tiesiog įdėti anglies ir kitų ingredientų.

Tačiau kai kurie stebisi, kaip tai bus įtikinama žinomai konservatyviajai plieno pramonei, kuri gamina medžiagą, kuri turi išlaikyti dangoraižius.

Anglies tam tikru lygiu reikia paties plieno mechaninėms savybėms, – sakė Kalifornijos technologijos instituto chemikas Nathanas Lewisas el. Ir suprantama, kad pramonė nesiryžta keisti šio proceso.

Tolesni žingsniai

Praėjusiais metais Tadeu Carneiro prisijungė prie Boston Metal kaip generalinis direktorius. Anksčiau jis vadovavo Brazilijoje CBMM , didžiausias niobio, metalo, naudojamo superlaidžiuose lydiniuose, gamintojas.

Carneiro, nešiojantis tamsius, sunkius akinius virš tamsių, sunkių antakių, brazilišku akcentu apibūdindamas įmonės verslo strategiją lentoje rašo chemines lygtis. Jis sako, kad trejų metų planas yra sukurti demonstracinį įrenginį ferolydiniams gaminti. Tuo tarpu bendrovė taip pat pradės projektuoti ir konstruoti viso dydžio plieno gamybos kamerą, kurią ji tikisi pasiekti per septynerius metus.

Jei „Boston Metal“ pasieks šiuos etalonus, ji galėtų įgyvendinti įvairius verslo modelius, įskaitant technologijos licencijavimą, bendradarbiavimą su metalo gamintojais, elementų pardavimą arba metalų gamybą tiesiogiai.

Tačiau, kaip visada moksle, kol produktas iš tikrųjų nebus pagamintas ir išbandytas komerciniu mastu, dar per anksti pasakyti, kaip gerai ar įperkamai jis tikrai veiks. Be to, vien tik ekologiškos produkto versijos pagaminimo už maždaug tą pačią kainą nepakaks pakeisti pramonę, atsižvelgiant į milijardus dolerių negrįžtamus plieno gamyklų, galinčių veikti dešimtmečius, išlaidas ir į tai, kad didžioji dalis šios pramonės šakos yra įsikūrusi santykinai neturtingose ​​šalyse arba turi finansinių sunkumų.

Metalo strypas, pagamintas įmonės išlydyto oksido elektrolizės arba MOE proceso metu. „Boston Metal“ sutikimu

Net jei tobula technologija atsirastų šiandien, tikriausiai praeis keli dešimtmečiai, kol galėtume veiksmingai prie jos pereiti, sako Davisas.

Carneiro pripažįsta, kad įmonė vis dar turi įveikti daugybę likusių techninių iššūkių, įskaitant faradinio efektyvumo didinimą, o tai reiškia, kad reikia padidinti elektronų, kurie faktiškai gamina metalą, procentą; padidinti šiluminį efektyvumą arba sumažinti elektros energijos kilovatvalandžius, reikalingus tam tikram metalo kiekiui pagaminti; ir chromo lydinio anodo didinimas, kuris iki šiol buvo demonstruotas tik laboratorijos lygiu.

Tačiau jis įsitikinęs, kad „Boston Metal“ išspręs šiuos iššūkius, įrodys, kad technologija yra pigesnė ir galiausiai įtikins pramonę priimti savo požiūrį.

Beveik 1 trilijono dolerių vertės plieno sektoriaus pertvarka vis dar yra toli. Tačiau jei startuolis gali įrodyti, kad procesas veikia pramoniniu mastu, tai bent jau gali suteikti vilties išspręsti vieną sunkiausių klimato galvosūkio dalių.

paslėpti