Utan fossila bränslen, det kan inte finnas någon masugnsprocess – men väte kan spela en viktigare roll i framtiden. En miljövänlig process utvecklas vid TU Wien där biomassa kan användas för att producera en väterik gas som sedan kan användas på olika sätt inom järn- och stålindustrin. TU Wien och voestalpine siktar nu på att bedriva ytterligare gemensam forskning i ämnet. Den långsiktiga visionen är en förnybar energikälla, fast förankrad i designen av ett integrerat järn- och stålverk.

Två gasströmmar:väte här, koldioxid där

I en process utvecklad vid TU Wien, biomassa omvandlas vid höga temperaturer på ett sätt som ger två separata gasströmmar:en väterik produktionsgas och en CO2-rik avfallsgas. Detta är känt som en reformeringsprocess för biomassa och möjliggörs genom användning av kalk i ett speciellt fluidiserat bäddsystem. I ett integrerat stålverk som kombinerar de många produktions- och efterbehandlingsstegen från tackjärn till den färdiga stålprodukten, det skulle vara möjligt att använda den väterika produktionsgasen i olika produktionsled. Som en förnybar energikälla, detta skulle erbjuda ett miljövänligt alternativ till naturgas. På samma gång, forskning pågår också om avfallsgasströmmen. Under den nya processen, den CO2 som den innehåller anrikas och kan på så sätt effektivt separeras ut eller utsättas för vidare bearbetning.

"Från en kemisk synvinkel, det viktiga reaktiva steget i masugnsprocessen är reduktionen av järnmalmen, " förklarar Johannes Schmid, Projektledare vid TU Wiens Institute of Chemical Engineering. "I den naturliga malmen, järn finns i form av järnoxid, så syreatomerna måste först separeras från järnatomerna."

I denna reduktionsprocess, kolet i koksen, och särskilt den resulterande kolmonoxiden, spelar en nyckelroll. Upp till en viss andel, dock, väte kan också tjäna som ett möjligt reduktionsmedel. Hela processkedjan, från produktion och integration av vätgas från förnybara källor till dess användning i masugnar, kommer att kräva ytterligare forskning i framtiden. "Vi kan i alla fall visa att en reduktionsgas kan erhållas från biomassa med hjälp av en ny process, förklara Florian Benedikt, Josef Fuchs och Stefan Müller, som arbetar med projektet. "Enligt våra mått, i princip är vår produktionsgas en lämplig ytterligare biogen energikälla. Gaskvaliteten är åtminstone likvärdig med den som voestalpine redan idag använder för olika bearbetningssteg i ett integrerat järn- och stålverk."

Koldioxidutnyttjande:ännu bättre än CO2-neutral

Det andra gasflödet som produceras i TU Wiens biomassareformprocess innehåller CO2. Om koldioxiden till slut släpps ut i miljön, detta stänger kolkretsloppet:allt som frigörs är den CO2 som tidigare lagrats som biomassa i de växter som har använts. Om CO2 inte släpps ut i miljön utan bearbetas vidare, då har processen ett ännu bättre CO2-fotavtryck:Detta är känt som en "under nollutsläppsprocess".

Vision:implementering av förnybara energikällor i produktionsprocesser

Prof. Hermann Hofbauer är förtjust över de resultat som har uppnåtts:"Införandet av förnybara energikällor i en resurskrävande process som stålproduktion innebär en stor utmaning. Forskningsprojektet med voestalpine i detta ämne är därför ett viktigt fyrtornsprojekt för vår forskargrupp." För att optimera biomassareformprocessen, en stor forskningsanläggning, med en total höjd av sju meter, byggdes mellan 2013 och 2015 vid TU Wien. "Endast en sådan anläggning kan ge oss de meningsfulla resultaten som gör att vi kan designa stora industriella demonstrationsinstallationer, säger Hofbauer.

"Våra resultat visar oss att det är tekniskt möjligt, " förklarar Johannes Schmid. "För högkvalitativ biomassa som flis, fastän, det är inte möjligt att ekonomiskt illustrera möjligheterna för användning under nuvarande förhållanden. Det är därför ytterligare intensiv forskning är nödvändig, så att vi också kan göra det möjligt att använda billiga biogena råvaror." Förutom vätegenerering med hjälp av en elektrolysprocess, Tekniken erbjuder också ett annat möjligt grönt alternativ för stålproduktion på lång sikt.