No se observó formación de gases de efecto invernadero NOx en la reducción directa de hierro basada en NH3, según un estudio científico El...
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| No se observó formación de gases de efecto invernadero NOx en la reducción directa de hierro basada en NH3, según un estudio científico |
El amoníaco es tan efectivo como el hidrógeno en la producción de acero verde con cero emisiones, según un estudio, que ofrece un ahorro potencial de costos de alrededor del 18 % cuando se depende del H2 importado.
27 abril 2023.- La producción de acero es actualmente responsable de aproximadamente el 7% de las emisiones de gases de efecto invernadero del mundo, y aunque la energía renovable se puede utilizar en hornos de arco eléctrico para fundir chatarra de acero para su reutilización, el único método actualmente disponible para eliminar las emisiones durante la extracción de hierro de mineral (es decir, óxido de hierro) es usar hidrógeno verde, en lugar del carbón o el gas natural que se usa hoy.
Esto se debe a que el oxígeno debe eliminarse del mineral a través de una reacción química al mismo tiempo que se funde, por lo que se requiere un combustible que reaccione con el oxígeno y proporcione calor a alta temperatura para producir hierro en bruto, en un proceso conocido como "reducción directa de hierro".
Debido a las enormes cantidades de hidrógeno que se necesitarían para reemplazar los combustibles fósiles en la producción de hierro, países como Alemania buscan importar H 2 verde a gran escala en los próximos años, la mayoría del cual llegará a las costas europeas en forma de amoníaco. que es mucho más fácil de transportar a largas distancias que el hidrógeno puro (comprimido o licuado) y también tiene una mayor densidad de energía por volumen, lo que lo convierte en un método económicamente eficiente para transportar H 2 .
Pero esto significaría que el amoníaco importado tendría que ser craqueado en hidrógeno (y nitrógeno) para su uso en la producción de acero verde, un proceso costoso que consume mucha energía (que requiere alrededor del 30% de la energía almacenada en el H2 y el uso del metal raro , rutenio, como catalizador) que aumentaría significativamente el coste del hidrógeno verde.
Por lo tanto, poder usar amoníaco importado directamente reduciría los costes en aproximadamente un 18 %, según el estudio Reducing Iron Oxide with Ammonia: A Sustainable Path to Green Steel , escrito por investigadores del Instituto Max Planck para la Investigación del Hierro y publicado en la revista Advanced Sicience .
Y aunque la quema de amoníaco por lo general produce altas emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx), uno de los cuales (N 2 O) es un gas de efecto invernadero 273 veces más potente que el CO 2 durante un período de 100 años, “no se forma ningún gas que destruya la capa de ozono”. Se observaron moléculas de NOx durante la ADR [reducción directa de amoníaco]”, dice el artículo.
Parece que el oxígeno del aire, que normalmente reaccionaría con el nitrógeno del amoníaco para formar NOx, se elimina en el proceso de la misma manera que se elimina el oxígeno del óxido de hierro, dejando principalmente nitrógeno puro a temperaturas de alrededor de 350°C, permitiendo que el hidrógeno restante haga su magia, mientras que una pequeña proporción del nitrógeno se une temporalmente al hierro como nitruro de hierro (Fe 4 N).
“Además, el nitrógeno, un gas no tóxico que no produce efecto invernadero, como subproducto de la descomposición del amoníaco, puede actuar como portador de calor en un horno de cuba para mantener la temperatura de reacción y, por lo tanto, mejorar la eficiencia del proceso endotérmico [es decir, de absorción de calor]. ] reducción de óxido de hierro con hidrógeno”, dice el estudio.
Agrega que la formación de Fe 4 N es en realidad un beneficio para la calidad del hierro producido.
La formación de nitruros es otra ventaja clave de ADR, ya que la nitruración mejora la resistencia a la corrosión acuosa [es decir, agua] del hierro. El nitruro pasivaba [es decir, añadía una fina capa inerte para hacer que el metal fuera menos reactivo] el hierro reducido, que de otro modo sería muy activo, y ofrecía un beneficio crítico para la seguridad en el manejo y la logística.
“De lo contrario, para el procesamiento posterior del material reducido, el hierro esponja poroso [es decir, el hierro de reducción directa] es propenso a la reoxidación y a fuertes reacciones exotérmicas [es decir, productoras de calor] con oxígeno o humedad debido a su alta superficie. -a-volumen... Por lo tanto, la esponja de hierro producida por HyDR [reducción directa a base de hidrógeno] debe compactarse en briquetas de hierro caliente para reducir la porosidad para el envío y la manipulación, lo que no es necesario con ADR".
Además, después de la fusión, el nitruro protector se elimina casi por completo, lo que da como resultado un material final con un 99,4 % de hierro, pero conserva la estructura ventajosa, debido a que tiene muchos menos poros que el hierro esponja derivado del hidrógeno.
“En resumen, ADR es cinéticamente tan efectivo para producir hierro verde como HyDR a 700°C. La utilización directa de amoníaco en el proceso de reducción ofrece un atajo al proceso, aliviando la necesidad de un paso preliminar de craqueo de amoníaco en hidrógeno y nitrógeno”, explica el estudio.
El ADR proporciona un enfoque novedoso para implementar energía renovable intermitente para una transición tecnológica disruptiva y sin precedentes hacia procesos metalúrgicos sostenibles. Con estos beneficios, conecta dos de las industrias actualmente más intensas en gases de efecto invernadero (a saber, las industrias de producción de acero y amoníaco) y abre un camino para hacerlas más benignas y sostenibles para el medio ambiente.
Al mismo tiempo, puede eliminar las desventajas logísticas y energéticas asociadas con el uso de hidrógeno puro, cuando es necesario transportarlo.
Fuente: Hydrogen Insight
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