Une nouvelle adaptation des hauts fourneaux existants pourrait réduire les émissions de la sidérurgie de 90 %

24 janvier 2023

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par l'Université de Birmingham

Des chercheurs de l'Université de Birmingham ont conçu une nouvelle adaptation pour les fours sidérurgiques existants qui pourrait réduire les émissions de dioxyde de carbone (CO2) de l'industrie sidérurgique de près de 90 %.

Cette réduction radicale est obtenue grâce à un système de recyclage du carbone en "boucle fermée", qui pourrait remplacer 90 % du coke généralement utilisé dans les systèmes actuels de haut fourneau et de four à oxygène de base et produire de l'oxygène en tant que sous-produit.

Conçu par le professeur Yulong Ding et le Dr Harriet Kildahl de l'école de génie chimique de l'Université de Birmingham, le système est détaillé dans un article publié dans le Journal of Cleaner Production, qui montre que s'il est mis en œuvre au Royaume-Uni uniquement, il pourrait générer des économies de 1,28 milliard de livres sterling en cinq ans tout en réduisant les émissions globales du Royaume-Uni de 2,9 %.

Le professeur Ding a déclaré : « Les propositions actuelles de décarbonation du secteur sidérurgique reposent sur la suppression progressive des usines existantes et l'introduction de fours à arc électrique alimentés par de l'électricité renouvelable. Cependant, la construction d'une usine de fours à arc électrique peut coûter plus d'un milliard de livres sterling, ce qui rend ce changement économiquement irréalisable dans le temps qu'il reste pour respecter l'Accord de Paris sur le climat.

La majeure partie de l'acier mondial est produite via des hauts fourneaux qui produisent du fer à partir de minerai de fer et des fours à oxygène basique qui transforment ce fer en acier.

Le processus est intrinsèquement à forte intensité de carbone, utilisant du coke métallurgique produit par distillation destructive du charbon dans un four à coke, qui réagit avec l'oxygène dans le souffle d'air chaud pour produire du monoxyde de carbone. Celui-ci réagit avec le minerai de fer dans le four pour produire du CO2. Le gaz de tête du four contient principalement de l'azote, du CO et du CO2, qui est brûlé pour élever la température de l'air soufflé jusqu'à 1 200 à 1 350 degrés Celsius dans un poêle chaud avant d'être soufflé vers le four, avec le CO2 et le N2 (contenant également des NOx) émis dans l'environnement.

Le nouveau système de recyclage capture le CO2 du gaz de gueulard et le réduit en CO à l'aide d'un réseau minéral cristallin connu sous le nom de matériau « pérovskite ». Le matériau a été choisi car les réactions se déroulent dans une plage de températures (700 à 800 degrés Celsius) pouvant être alimentées par des sources d'énergie renouvelables et/ou générées à l'aide d'échangeurs de chaleur connectés aux hauts fourneaux.

Sous une forte concentration de CO2, la pérovskite décompose le CO2 en oxygène, qui est absorbé dans le réseau, et en CO, qui est réinjecté dans le haut fourneau. La pérovskite peut être régénérée dans sa forme d'origine lors d'une réaction chimique qui se déroule dans un environnement à faible teneur en oxygène. L'oxygène produit peut être utilisé dans le four à oxygène basique pour produire de l'acier.

La sidérurgie est le plus grand émetteur de CO2 de tous les secteurs industriels de base, représentant 9 % des émissions mondiales. Selon l'Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA), il faut parvenir à une réduction de 90 % des émissions d'ici 2050 pour limiter le réchauffement climatique à 1,5 degrés Celsius.

Plus d'information: Harriet Kildahl et al, Décarbonisation rentable du haut fourneau - production d'acier de four à oxygène de base grâce au couplage du secteur thermochimique, Journal of Cleaner Production (2023). DOI : 10.1016/j.jclepro.2023.135963