기존 용광로에 대한 새로운 적응으로 제강 배출량을 90%까지 줄일 수 있습니다.

2023년 1월 24일

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버밍엄 대학교

버밍엄 대학(University of Birmingham)의 연구원들은 철강 산업에서 발생하는 이산화탄소(CO2) 배출량을 거의 90%까지 줄일 수 있는 기존 철 및 강철 용광로에 대한 새로운 적응을 설계했습니다.

이러한 급격한 감소는 현재 용광로 기본 산소로 시스템에서 일반적으로 사용되는 코크스의 90%를 대체할 수 있고 산소를 부산물로 생산할 수 있는 "폐쇄 루프" 탄소 재활용 시스템을 통해 달성됩니다.

버밍엄 대학교 화학 공학부의 Yulong Ding 교수와 Harriet Kildahl 박사가 고안한 이 시스템은 Journal of Cleaner Production에 게재된 논문에 자세히 설명되어 있으며, 이는 영국에서만 구현될 경우 비용 절감 효과를 제공할 수 있음을 보여줍니다. 영국 전체 배출량을 2.9% 줄이면서 5년 안에 12억 8천만 파운드를 절감할 수 있습니다.

Ding 교수는 "현재 철강 부문의 탈탄소화 제안은 기존 공장을 단계적으로 폐지하고 재생 가능한 전기로 구동되는 전기로를 도입하는 것입니다. 그러나 전기로 공장을 건설하는 데는 £10억 이상의 비용이 들 수 있으므로 이 전환은 경제적으로 실행 불가능합니다. 파리 기후 협정 준수까지 남은 시간입니다. 우리가 제안하는 시스템은 기존 공장에 개조될 수 있어 좌초 자산의 위험이 줄어들고 CO2 감소와 비용 절감이 모두 즉시 나타납니다."

세계 철강의 대부분은 철광석에서 철을 생산하는 용광로와 철을 강철로 바꾸는 염기성 산소로를 통해 생산됩니다.

이 공정은 본질적으로 탄소 집약적입니다. 코크스 오븐에서 석탄을 분해 증류하여 생성된 야금 코크스를 사용합니다. 이 코크스는 열풍 폭발의 산소와 반응하여 일산화탄소를 생성합니다. 이는 용광로의 철광석과 반응하여 CO2를 생성합니다. 용광로의 상단 가스에는 주로 질소, CO 및 CO2가 포함되어 있으며, 이를 연소하여 뜨거운 난로에서 공기 분사 온도를 섭씨 1,200~1,350도까지 올린 후 용광로에 불어넣습니다. CO2 및 N2(NOx도 포함)와 함께 환경으로 방출됩니다.

새로운 재활용 시스템은 상부 가스에서 CO2를 포집하고 "페로브스카이트" 물질로 알려진 결정질 광물 격자를 사용하여 이를 CO로 감소시킵니다. 재생 에너지원으로 전력을 공급하거나 용광로에 연결된 열 교환기를 사용하여 생성될 수 있는 온도 범위(섭씨 700~800도) 내에서 반응이 일어나기 때문에 이 재료가 선택되었습니다.

CO2 농도가 높으면 페로브스카이트는 CO2를 산소로 분리하여 격자에 흡수되고, CO는 용광로로 다시 공급됩니다. 페로브스카이트는 저산소 환경에서 일어나는 화학반응을 통해 원래의 형태로 재생될 수 있다. 생산된 산소는 기본 산소로에서 강철을 생산하는 데 사용될 수 있습니다.