A karbonsemlegességre irányuló globális törekvések közepette Európa ipari trilemmával néz szembe: a klímasemlegesség elérése, miközben biztosítja stratégiai autonómiáját és ipari versenyképességét. A kohászati ipar, mint az európai ipar gerince, évente mintegy 50–60 millió tonna kohászati szenet fogyaszt. Az ágazat CO₂-kibocsátása az EU teljes ÜHG-kibocsátásának körülbelül 8%-át teszi ki. Ezért dekarbonizációja kulcsfontosságú Európa klímacéljainak eléréséhez. Ebben az összefüggésben a biochar, mint megújuló szénforrás, egyedülálló értékkel és nagy potenciállal rendelkezik az európai kohászati iparban.
Biochar előállítása és alkalmazásai
A fenntartható biomassza szabályozott pirolízisével előállított biochar elismertté vált a talajban történő szénmegkötő potenciálja miatt. Az elmúlt években ipari alkalmazásai bővültek, különösen az acél- és fémkohászatban. A biochar hiteles helyettesítőjévé vált a szénnek az ipari folyamatokban. Megfelel a kohászatban az elemi szénre vonatkozó kémiai és szerkezeti követelményeknek, miközben csökkenti a fosszilis szén-dioxid-kibocsátást a forrásnál.
Redukálószerep
- A kohászati minőség javítása: Redukálószerként a biochar hatékonyan elősegíti a fémoxidok redukcióját az ércekben, például a vasban, alumíniumban, rézben és cinkben. Ez javítja a termék minőségét és tisztaságát, miközben csökkenti a szennyeződéseket.
- Csökkentse a szén-dioxid-kibocsátást: A hagyományos kokszhoz képest a biochar kevesebb CO₂-t bocsát ki a redukciós folyamat során, és tisztábban ég. Ez jelentősen csökkenti a kohászat szén-dioxid-kibocsátását és enyhíti az üvegházhatású gázok hatását.
Megújuló energiaforrásként betöltött szerep
- Csökkentse a fosszilis tüzelőanyagok használatát: A kohászati iparban a biochar részben vagy teljesen helyettesítheti a szenet és a kokszot, mint magas hőmérsékletű üzemanyagot az olvasztásban, fűtésben és kemencék működtetésében. Ez csökkenti a nem megújuló energiaforrásoktól való függőséget.
- Támogassa a karbonsemlegességet: A fenntartható biomasszából származó biochar felhasználása során szabályozott mennyiségű szenet szabadít fel. Egy karbonsemleges stratégia részeként segítheti az iparágakat a kibocsátáscsökkentési célok elérésében.
Biochar alkalmazások az európai acélgyártásban: Teljes láncú dekarbonizáció
Szilícium
A szilícium központi szerepet játszik a fotovoltaikus cellákban, a félvezetőkben, a nagy teljesítményű ötvözetekben és a szilikonokban. Európában a hagyományos szilíciumolvasztás importált kőszénre támaszkodik, amelynek viszonylag alacsony, körülbelül 55%-os kötött széntartalma és gyenge reakcióképessége van a bioszénhez képest. Következésképpen,
- 1.6 tonna szilícium előállításához jellemzően 1 tonna szénre van szükség, míg 1.1 tonna kiváló minőségű bioszén elegendő.
- A szén biocharral való helyettesítése a közvetlen CO₂-kibocsátást 4.5 tCO₂/tSi-ről akár 0.5 tCO₂/tSi-re is csökkentheti.
Jelenleg az európai szilíciumgyártás továbbra is importált faszénre és szénre támaszkodik, ami nem fenntartható modell. A lokalizált, modern bioszén-termelés fejlesztése biztosíthatja az ellátást, csökkentheti a kibocsátást, és megerősítheti Európa pozícióját a globális alacsony szén-dioxid-kibocsátású kohászati piacon.
ferroalloy
Az európai ferroötvözet-ágazat központi szerepet játszik a kontinens kohászati értékláncaiban, olyan kritikus inputokat szállítva az acél- és öntödei iparágak számára, mint a ferroszilícium, a szilícium-mangán, a ferromangán és a ferrokróm. Ezek az ötvözetek különböző funkciókat látnak el az acélfinomításban, beleértve a deoxidációt, a kéntelenítést és az egyes anyagtulajdonságok javítását. Minden ötvözethez szén alapú redukálószerekre van szükség a magas hőmérsékletű EAF olvasztási folyamatokban. Ez különösen relevánssá teszi az ágazatot a biochar felhasználása szempontjából a fosszilis kibocsátások minimalizálása érdekében.
| ferroalloy (név) |
Fosszilis referenciaanyagokra vonatkozó adatok | Biochar helyettesítő anyagra vonatkozó adatok | Biochar helyettesítő rádió | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| típus | Ár €/t | Fogyasztás | típus | Helyettesítési arány | Fogyasztás | 2030 | 2040 | 2050 | |
| Ferroszilícium | Mosott szén | 350 | 1,2 | Csomó | 0,71 | 0,85 | 50% | 100% | 100% |
| Szilikomangán | Koksz | 340 | 0,47 | Brikett / csomó | 1,11 | 0,52 | 30% | 90% | 100% |
| Ferromangán | Koksz | 340 | 0,462 | Brikett | 1,2 | 0,55 | 20% | 70% | 100% |
| Ferrokróm | Koksz | 340 | 0,511 | Brikett | 1,2 | 0,61 | 30% | 80% | 100% |
Acél
Az acél a modern gazdaságok egyik sarokköve. Az elemi szén továbbra is elengedhetetlen minden acélgyártási folyamatban. A biochar, mint megújuló, reaktív szénhordozó, támogatja a dekarbonizációt mind az átmeneti, mind a jövőbeli folyamatláncokban, az alábbiakban leírtak szerint. Az európai acéliparban a biochar iránti kereslet várhatóan eléri a 620,000 2030 tonnát 4.1-ra, ami 2050-re körülbelül XNUMX millió tonnára nő, majd a következő években stabilizálódik.
1. útvonal: Nagyolvasztó – Bázikus oxigénkemence (BF-BOF) – Átmeneti felhasználási esetek
A hagyományos bioszén-bombázó eljárás fokozatos kivezetésének átmeneti szakaszában (2050-ig) a biochar háromféleképpen járulhat hozzá a kibocsátáscsökkentéshez:
- Coca-Cola helyettesítés: A biokoksz még fejlesztés alatt áll, korlátozott helyettesítési potenciállal, de értékes átmeneti időt biztosíthat az iparág számára.
- Coca-Cola Breeze helyettesítés: A szinterezés acéltonnánként 50 kg kokszport használ, amely 1:1 arányban közvetlenül bioszénnel helyettesíthető.
- Porított szén befecskendezésének helyettesítése: Kisebb növényi módosításokkal a biochar szinte azonnal alkalmazható nagyobb mennyiségben, 1:1 helyettesítési arányban.
2. útvonal: Elektromos ívkemencén (EAF) alapuló acélgyártás: A korai helyettesítés prioritása
A jövőbeli EAF főáramú előállításában a biochar kritikusabb szerepet játszik:
- Hulladékalapú EAF működés támogatása: Az ilyen EAF-ek tonnánként 12–24 kg szenet igényelnek az elektromos ív stabilitása, az energiahatékonyság és a salakszabályozás érdekében. A biochar különösen vonzó az alacsony hamutartalom és a magas reakcióképesség miatt.
- Támogassa a hidrogén alapú acélgyártást: A hidrogénalapú DRI-t szintén EAF-ben kell olvasztani, de ennek megnövekedett, 30–40 kg/t szénigénye van. A fent említett funkciókon túl biocharra van szükség a vashozam és a folyamathatékonyság maximalizálásához.
Biochar minősége és alkalmazásai a kohászatban
A kohászati folyamatok szigorú működési követelményeinek való megfelelés érdekében a biocharnak magas fix széntartalmat (>75%) kell elérnie, és több fizikai és kémiai paraméter tekintetében állandó minőséget kell mutatnia. Előnyös az általában alacsony hamutartalom és a nyomelemek, például a kén, vas, foszfor, bór stb. alacsony szintje. A szemcseméret, a sűrűség és a mechanikai szilárdság tekintetében a biochar a különféle felhasználási igényeknek megfelelően tervezhető vagy agglomerálható.
| Termék kategória | Leírás | Méret | FC (%) | Használati esetek |
|---|---|---|---|---|
| Biokarbon csomók | Nagy reakcióképesség Si / FeSi esetében | 10 – 60 mm | 80-82% | Szilícium/FeSi |
| Közepesen illékony | 10 – 60 mm | 82-85% | Ferroötvözetek, EAF (félig nyitott) | |
| Zárt kemencék | 10 – 60 mm | > 85% | Ferroötvözetek, EAF (zárt) | |
| Biochar finomság | Injekcióhoz vagy agglomerációhoz | 3 – 8 mm | 80-90% | EAF, BF, befecskendezés |
| Brikett | Hengerelt vagy sajtolt | Változó | 75-85% | Általános folyamatok |
| pellet | Kötőanyagokkal extrudálva | <20 mm | 75-85% | Folyamatkompatibilitásra tervezve |
| Extrudált csomók | Nagy sűrűségű, tervezett formátum | > 20 mm | > 85% | Zárt kemencében készült ferroötvözetek |
| E-kóla | Biochar-antracit keverék | Változó | > 85% | EAF/BF/BOF átmenet |
| H-kokain | Biochar alapú kóla megosztása | Változó | > 85% | Hibrid hagyományos kólával |
A biochar keresletének kilátásai Európában
Az európai kohászati iparban a biochar iránti kereslet gyors növekedési szakaszba lép. Ez a növekedés nem fog automatikusan bekövetkezni. Ahhoz, hogy Európának teljes mértékben kiaknázhassa a biocharban rejlő lehetőségeket, most kell cselekednie a felhasználásának validálása, a szabályozási útvonalak egyszerűsítése és az ipari méretű termelésbe való beruházások támogatása érdekében. Összességében 2040-re a biochar termelési kapacitásának el kell érnie a ... 20.6 millió tonna hogy kielégítse a kohászati ágazat megújuló szén iránti igényét, amivel egyenértékű nettó szén-dioxid-kibocsátást generál. 400 millió tonna CO₂ (azaz a biochar körforgásos szén-dioxid-előnye). Az alábbi ábra összefoglalja ezeket az előrejelzéseket az összes ipari alkalmazásra vonatkozóan, beleértve a szilíciumot és a ferroötvözeteket, az acélt (mind a BF-BOF, mind az EAF eljárásokat), valamint más kohászati és kémiai folyamatokat és a felelős szén-dioxid-felhasználást.
Összegzés
A biochar alkalmazása az európai kohászati iparban nemcsak technológiai váltást, hanem paradigmaváltást is jelent az iparágban. Célja az újrahasznosítás és az éghajlatbarát szén-dioxid-kibocsátási mechanizmusok intézményesítése, az európai iparpolitika sarokkövévé téve azokat. Ennek messzemenő és tartós jelentősége van a jövőbeli fenntartható fejlődés szempontjából.