Xuất hiện quy trình luyện sắt mới có thể giảm phát thải carbon

xguru · 2024-02-11T10:02:01+09:00

Sắt là thành phần chính của thép và gây áp lực lên bầu khí quyển của Trái Đất, chiếm 8% tổng lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu Các nhà hóa học đã phát triển một phương pháp có thể giúp quá trình sản xuất sắt thân thiện với môi trường hơn nhiều Phương pháp này sử dụng điện để chuyển quặng sắt và nước muối thành sắt kim loại cùng các hóa chất khác hữu ích trong công nghiệp, có hiệu quả về chi phí, hoạt động tốt với điện từ năng lượng gió và mặt trời, thậm chí có thể mang tính carbon âm vì tiêu thụ nhiều hơn lượng carbon dioxide (CO2) mà nó tạo ra Chiết xuất sắt và cách tiếp cận mới Sắt là một trong những nguyên tố phong phú nhất trên Trái Đất, nhưng trong tự nhiên nó liên kết với oxy trong nhiều khoáng chất tạo nên quặng sắt Để tách sắt kim loại, người ta thường trộn quặng sắt với than đá có hàm lượng carbon cao gọi là coke rồi nung ở nhiệt độ khoảng 1500°C Trong quá trình này, các nguyên tử carbon loại bỏ nguyên tử oxy khỏi sắt, giải phóng CO2 vào khí quyển và để lại kim loại nóng chảy Các nhà sản xuất thép sau đó kết hợp lượng nhỏ carbon và các kim loại vi lượng khác vào phần sắt này để tạo ra thép Vấn đề của sản xuất sắt và thép Cách sản xuất sắt và thép này rẻ và đã được kiểm chứng theo thời gian, nhưng thải ra lượng CO2 đáng kể Mỗi năm có 2,5 tỷ tấn sắt được khai thác, và quá trình khử nó thành sắt kim loại thải ra lượng CO2 tương đương với toàn bộ khí thải từ xe chở khách Vì vậy, các nhà khoa học đang tìm kiếm một phương pháp sản xuất sắt kim loại khả thi về mặt kinh tế mà không tạo ra khí nhà kính Cách tiếp cận điện hóa mới để tinh luyện sắt Nhà hóa kỹ thuật Paul Kempler của Đại học Oregon và các đồng nghiệp đặt câu hỏi liệu quy trình công nghiệp tạo chlorine từ nước muối có thể được tái sử dụng cho sản xuất sắt hay không Trong quy trình 'chlor-alkali' này, nước chứa sodium chloride được đưa vào một pin điện hóa; tại cực dương, electron bị tách khỏi ion chloride để tạo ra khí chlorine, còn tại cực âm, electron tách các phân tử nước rồi kết hợp với ion sodium để tạo thành sodium hydroxide và khí hydro Để tinh luyện sắt, nhóm của Kempler đã thêm các hạt oxide sắt vào cực âm, nhờ đó electron giải phóng các nguyên tử oxy khỏi oxide sắt và tạo thành sodium hydroxide, đồng thời để lại sắt kim loại ở thể rắn Hiệu suất và lợi ích tiềm năng của phương pháp mới Quy trình này rất hiệu quả, và các nhà nghiên cứu ước tính rằng với việc bán chlorine và một phần sodium hydroxide theo giá thị trường hiện tại, toàn bộ quy trình có thể sản xuất sắt với chi phí xấp xỉ phương pháp lò cao Vì sodium hydroxide có thể liên kết với CO2 và chuyển nó thành các khoáng chất chứa carbon, quy trình này có thể hỗ trợ thu giữ CO2 và thậm chí mang tính carbon âm Thách thức và triển vọng cho ứng dụng công nghiệp Vẫn còn một chặng đường dài giữa thí nghiệm trong phòng lab và quy trình công nghiệp, và có nhiều vấn đề cần giải quyết để mở rộng công nghệ này. Thiết lập của nhóm Oregon tạo ra lượng khí chlorine nhiều tương đương lượng sắt tạo ra; dù khí chlorine có nhiều ứng dụng công nghiệp, sản lượng sinh ra ở phiên bản mở rộng của phương pháp mới có thể vượt quá nhu cầu và gây ô nhiễm. Ngoài ra, oxide sắt ban đầu phải sạch, không có tạp chất như trong phần lớn quặng, nên chi phí tinh chế có thể cao Kempler thừa nhận những lo ngại này là xác đáng, nhưng cũng chỉ ra rằng nếu mở rộng sản xuất phù hợp với nhu cầu khí chlorine công nghiệp, phương pháp này vẫn có thể tạo ra hàng chục triệu tấn sắt và chlorine không phát thải CO2 mỗi năm Liên quan đến việc tinh chế oxide sắt, do sodium hydroxide được biết là có thể liên kết với các tạp chất vi lượng trong quặng sắt, một phần của nó có thể được dùng để tinh chế oxide sắt trước khi đưa vào thiết bị phản ứng, và hiện dự án này đang được thử nghiệm

(science.org)

4 điểm bởi xguru 2024-02-11 | 5 bình luận | Chia sẻ qua WhatsApp

Sắt là thành phần chính của thép và gây áp lực lên bầu khí quyển của Trái Đất, chiếm 8% tổng lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu
Các nhà hóa học đã phát triển một phương pháp có thể giúp quá trình sản xuất sắt thân thiện với môi trường hơn nhiều
Phương pháp này sử dụng điện để chuyển quặng sắt và nước muối thành sắt kim loại cùng các hóa chất khác hữu ích trong công nghiệp, có hiệu quả về chi phí, hoạt động tốt với điện từ năng lượng gió và mặt trời, thậm chí có thể mang tính carbon âm vì tiêu thụ nhiều hơn lượng carbon dioxide (CO2) mà nó tạo ra

Chiết xuất sắt và cách tiếp cận mới

Sắt là một trong những nguyên tố phong phú nhất trên Trái Đất, nhưng trong tự nhiên nó liên kết với oxy trong nhiều khoáng chất tạo nên quặng sắt
Để tách sắt kim loại, người ta thường trộn quặng sắt với than đá có hàm lượng carbon cao gọi là coke rồi nung ở nhiệt độ khoảng 1500°C
Trong quá trình này, các nguyên tử carbon loại bỏ nguyên tử oxy khỏi sắt, giải phóng CO2 vào khí quyển và để lại kim loại nóng chảy
Các nhà sản xuất thép sau đó kết hợp lượng nhỏ carbon và các kim loại vi lượng khác vào phần sắt này để tạo ra thép

Vấn đề của sản xuất sắt và thép

Cách sản xuất sắt và thép này rẻ và đã được kiểm chứng theo thời gian, nhưng thải ra lượng CO2 đáng kể
Mỗi năm có 2,5 tỷ tấn sắt được khai thác, và quá trình khử nó thành sắt kim loại thải ra lượng CO2 tương đương với toàn bộ khí thải từ xe chở khách
Vì vậy, các nhà khoa học đang tìm kiếm một phương pháp sản xuất sắt kim loại khả thi về mặt kinh tế mà không tạo ra khí nhà kính

Cách tiếp cận điện hóa mới để tinh luyện sắt

Nhà hóa kỹ thuật Paul Kempler của Đại học Oregon và các đồng nghiệp đặt câu hỏi liệu quy trình công nghiệp tạo chlorine từ nước muối có thể được tái sử dụng cho sản xuất sắt hay không
Trong quy trình 'chlor-alkali' này, nước chứa sodium chloride được đưa vào một pin điện hóa; tại cực dương, electron bị tách khỏi ion chloride để tạo ra khí chlorine, còn tại cực âm, electron tách các phân tử nước rồi kết hợp với ion sodium để tạo thành sodium hydroxide và khí hydro
Để tinh luyện sắt, nhóm của Kempler đã thêm các hạt oxide sắt vào cực âm, nhờ đó electron giải phóng các nguyên tử oxy khỏi oxide sắt và tạo thành sodium hydroxide, đồng thời để lại sắt kim loại ở thể rắn

Hiệu suất và lợi ích tiềm năng của phương pháp mới

Quy trình này rất hiệu quả, và các nhà nghiên cứu ước tính rằng với việc bán chlorine và một phần sodium hydroxide theo giá thị trường hiện tại, toàn bộ quy trình có thể sản xuất sắt với chi phí xấp xỉ phương pháp lò cao
Vì sodium hydroxide có thể liên kết với CO2 và chuyển nó thành các khoáng chất chứa carbon, quy trình này có thể hỗ trợ thu giữ CO2 và thậm chí mang tính carbon âm

Thách thức và triển vọng cho ứng dụng công nghiệp

Vẫn còn một chặng đường dài giữa thí nghiệm trong phòng lab và quy trình công nghiệp, và có nhiều vấn đề cần giải quyết để mở rộng công nghệ này.
Thiết lập của nhóm Oregon tạo ra lượng khí chlorine nhiều tương đương lượng sắt tạo ra; dù khí chlorine có nhiều ứng dụng công nghiệp, sản lượng sinh ra ở phiên bản mở rộng của phương pháp mới có thể vượt quá nhu cầu và gây ô nhiễm.
Ngoài ra, oxide sắt ban đầu phải sạch, không có tạp chất như trong phần lớn quặng, nên chi phí tinh chế có thể cao
Kempler thừa nhận những lo ngại này là xác đáng, nhưng cũng chỉ ra rằng nếu mở rộng sản xuất phù hợp với nhu cầu khí chlorine công nghiệp, phương pháp này vẫn có thể tạo ra hàng chục triệu tấn sắt và chlorine không phát thải CO2 mỗi năm
Liên quan đến việc tinh chế oxide sắt, do sodium hydroxide được biết là có thể liên kết với các tạp chất vi lượng trong quặng sắt, một phần của nó có thể được dùng để tinh chế oxide sắt trước khi đưa vào thiết bị phản ứng, và hiện dự án này đang được thử nghiệm

5 bình luận

rich8485 2024-02-11

Bắt người ta phải đăng ký luôn chứ gì...
PR lố lăng cũng đủ kiểu thật.
Như thế này thì chỉ đổi có một chữ mà bản chất sẽ khác đi sao?
Hợp với điện từ năng lượng mặt trời và điện gió á? haha
Trời ạ, thứ điện đó là điện siêu cấp vô địch gì chắc? Ôi trời ơi... Tôi hiểu là họ muốn cố gượng ép để năng lượng tái tạo trông như thân thiện với môi trường... nhưng rốt cuộc chẳng phải chỉ là tự sướng thôi sao?

constexprif 2024-02-13

Dù năng lượng mặt trời hay gió không phải là câu trả lời, nhưng nếu thực sự chỉ tạo ra siêu-ultra điện thì đúng là sẽ trở nên thân thiện với môi trường.

halfenif 2024-02-11

Từ góc nhìn của một người hiện đang làm một dự án IT chỉ có liên hệ rất mong manh với mục tiêu "trung hòa carbon 2050", điều này rất thú vị.

Tôi từng nghĩ rằng phát thải carbon hay sản xuất thép hầu như không liên quan đến công việc IT mình làm.. nhưng khi thực sự xem xét các hạng mục của toàn bộ dự án, có vẻ như ngày càng sẽ có nhiều dự án được khởi động vì những công việc liên quan đến phát thải carbon.

xguru 2024-02-11

Ý kiến trên Hacker News

Từ góc nhìn của người chơi Factorio
- Nâng cấp sản xuất sắt lên lò điện có thể giảm ô nhiễm và cũng tiết kiệm băng chuyền vận chuyển than.
- Sử dụng tấm pin mặt trời là một lựa chọn tốt.
Ý kiến về quy trình chlor-alkali
- Quy trình chlor-alkali tạo ra dioxin và các hợp chất polychlor hóa, chiếm hơn 80% lượng chất thải độc hại.
- Việc chuyển tinh luyện sắt sang điện phân có vẻ không phải là giải pháp vạn năng.
- Tuy nhiên, nghiên cứu này có thể hữu ích cho việc khử các kim loại khác về dạng nguyên tố, không chỉ với kim loại khối lượng lớn.
Ý kiến liên quan đến sản xuất thép của Anh
- Anh ngừng sản xuất thép trong nước và thay vào đó nhập khẩu, qua đó giả vờ như mình không phát thải CO2.
Góc nhìn về sản xuất thép bằng điện
- Các vùng sa mạc có dồi dào điện mặt trời, chẳng hạn như Bắc Phi hay Trung Đông, là nơi tối ưu cho sản xuất thép.
Ấn tượng về nghiên cứu tạo sắt từ phụ phẩm độc hại của quá trình tinh luyện nhôm
- Nghiên cứu về một phương pháp hiệu quả về chi phí để biến bùn đỏ, phụ phẩm độc hại của quá trình tinh luyện nhôm, thành sắt có giá trị là rất ấn tượng.
Đề cập đến nỗ lực thúc đẩy 'green steel' của Đức
- Đức hiện đang thúc đẩy 'green steel' rất tích cực.
Một giai thoại về sản xuất xi măng Portland carbon âm
- Câu chuyện về việc sản xuất xi măng Portland carbon âm cho xây dựng rất thú vị.
Đề cập đến việc cải tiến quy trình của công ty Helios Space
- Có một công ty tên là Helios Space đã giải quyết được nhiều vấn đề bằng cách bổ sung natri, và phương pháp này cũng có thể áp dụng cho tinh luyện các nguyên tố khác.
Đề xuất về pin dòng axit-bazơ
- Có câu hỏi liệu có thể vận hành pin dòng axit-bazơ vào giờ cao điểm bằng HCL và NAOH hay không.
- Hiệu suất có thể thấp vì hydro phải được tạo ra thông qua điện phân.
Góc nhìn phê phán đối với các lập luận kinh tế
- Phản biện đồng cấp xem xét phương pháp thí nghiệm và phân tích dữ liệu, nhưng không xem xét các lập luận kinh tế.
- Việc sản xuất lượng lớn khí clo (rất độc) và nhu cầu về quặng sắt có độ tinh khiết rất cao là cần thiết, nhưng chưa tính đến chi phí tinh chế.