無碳排放煉鐵技術(shù)的研究
一項(xiàng)可能改變未來鋼鐵工業(yè)的煉鐵工藝--熔融氧化物電解法（MOE）。MOE是一種熔鹽電解法，使用該項(xiàng)技術(shù)生產(chǎn)鋁已有100多年的歷史。不過，與電觸鋁生產(chǎn)不同的是，煉鐵新工藝將使用無碳陽極，陽極產(chǎn)生氧氣而不是一氧化碳。與傳統(tǒng)煉鐵工藝不同，這種工藝完全采用無碳材料，從而不會(huì)產(chǎn)生CO和CO2，因此，與傳統(tǒng)工藝技術(shù)相比，有強(qiáng)大的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。氧化鐵添加到熔融氧化物電解液中，通過電化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)鐵與氧氣。
使用該工藝獲得的初步結(jié)果表明，在相對(duì)較高的電流密度下，鐵可以沉積下來。雖然該工藝本身不會(huì)產(chǎn)生CO2，但是，當(dāng)今大部分發(fā)電過程還是存在碳排放問題，因而，在保證鐵還原工藝進(jìn)行所需電能的時(shí)候，仍會(huì)產(chǎn)生大量的CO2排放。一旦更多無碳排放的發(fā)電量所占比例增加，這項(xiàng)技術(shù)在生命周期評(píng)價(jià)中就將更加有利。冶煉設(shè)備
生物燃料在煉鐵中的應(yīng)用
另一在不久的將來可能獲得重大突破的研究領(lǐng)域是使用生物燃料替代目前通常使用的炭石化燃料。這項(xiàng)工程特別引人注目的原因是，生鐵生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)真正凈化大氣中的CO而不是增加CO排放。這類炭資源就是能夠快速長(zhǎng)到約21m高的雜交桉樹，每7年砍伐一次，每21年重新種植。在桉樹的成長(zhǎng)階段，從大氣中吸入CO并將其作為生物燃料“儲(chǔ)存”起來。樹木經(jīng)砍伐、碳化生產(chǎn)木炭，用來還原氧化鐵。一些生物燃料如樹葉與小的樹枝回到土壤中。盡管在碳化、燒結(jié)以及高爐生產(chǎn)過程中碳被釋放到空氣中，但是碳的釋放量小于桉樹在光合作用過程中的吸入量。因此，不會(huì)像傳統(tǒng)生鐵生產(chǎn)過程中空氣中總碳量增加。在巴西，多年來一直在使用桉樹生產(chǎn)木炭用于鋼鐵生產(chǎn)。在大規(guī)模鋼鐵生產(chǎn)時(shí)遇到的挑戰(zhàn)將是維持充足的森林產(chǎn)出該項(xiàng)目所需的木炭。年產(chǎn)50萬t生鐵將需要4萬公頃桉樹林，但由于以前對(duì)森林的濫砍濫伐，巴西法律要求這一數(shù)字增加一倍，即必須將等量的森林恢復(fù)到初水平，這使所需的桉樹林總數(shù)量達(dá)到超過8萬公頃。據(jù)估算，這一大面積的森林，每年可凈化200萬t CO，如果用于生產(chǎn)生鐵，則與傳統(tǒng)的生鐵生產(chǎn)工藝相比，每生產(chǎn)1t生鐵，可凈化空氣中1.1t CO。傳統(tǒng)生鐵生產(chǎn)工藝噸鋼生產(chǎn)將增加釋放到空氣中的CO 1.9t。
將來還將進(jìn)行其他類似的項(xiàng)目以確定在高爐等傳統(tǒng)的鋼鐵生產(chǎn)中可以使用多少生物燃料替代焦炭的消耗。過去這方面的研究很少，因此需要花更大的力氣。其他方面的研究包括研究綠色能源生產(chǎn)所需的桉樹與其他相似植物在目前還不能生長(zhǎng)的地區(qū)如美國(guó)等地區(qū)移植的可能性，為可再生炭資源提供更多的機(jī)遇。
生命周期評(píng)價(jià)在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用
生命周期評(píng)價(jià)（LCA）是一種具有應(yīng)用價(jià)值的工具，可以幫助鋼鐵工業(yè)評(píng)價(jià)新工藝與新產(chǎn)品。生命周期評(píng)價(jià)的理論起源于降低不同生產(chǎn)工藝的成本與排放（即溫室氣體與CO排放以及能耗）的研究。LCA是指對(duì)特定產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個(gè)生命周期中，能源需求與環(huán)境影響的評(píng)價(jià)，考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的所有評(píng)價(jià)，包括從地球提取原材料、產(chǎn)品生產(chǎn)、使用、回收（包括回收設(shè)計(jì)）以及處理。生命周期評(píng)價(jià)與生命周期總量（LCI）是ISO 14000體系環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)的一部分，代碼為ISO 14040到14043，專門描述LCA以及LCI。這些標(biāo)準(zhǔn)的目的是給企業(yè)提供降低產(chǎn)品對(duì)總體環(huán)境影響的一種方法。要進(jìn)行LCA，必須首先明確包括目的以及期望目標(biāo)等范圍。隨后，進(jìn)行LCI以限定生命周期每一階段所需的各種輸入與輸出（即能源、消耗以及資源）。在LCI的基礎(chǔ)上，完成了環(huán)境影響的分析，考量輸入和輸出對(duì)健康和環(huán)境問題的影響。一旦完成對(duì)影響的分析評(píng)價(jià)，就能提出改善措施來估算減少量以及對(duì)環(huán)境的危害。
例如，目前對(duì)汽車排放的溫室氣體非常關(guān)注。而對(duì)汽車排放的討論，經(jīng)常集中在汽車壽命周期中的使用階段，而沒有將汽車制造以及報(bào)廢回收處理過程中產(chǎn)生的溫室氣體排放量考慮在內(nèi)。因此，要對(duì)汽車的碳排放進(jìn)行全面的評(píng)價(jià)，就必須考慮汽車生命的各個(gè)階段。從而，使用生命周期評(píng)價(jià)技術(shù)是材料選擇與設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)汽車減重的關(guān)鍵，汽車生產(chǎn)工藝過程的變化，如使用鋁材替代鋼材，可能會(huì)以增加材料生產(chǎn)階段溫室氣體的排放為代價(jià)，來降低使用階段溫室氣體排放的上升。
在LCA中，證明一種產(chǎn)品或工藝優(yōu)于其他產(chǎn)品或工藝還存在相當(dāng)大的難度，原因是當(dāng)使用不同材料時(shí)不可能將工藝參數(shù)簡(jiǎn)化到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的程度。LCA的主要目的在于使制造商意識(shí)到他們制造的產(chǎn)品將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響，從而促使他們改進(jìn)特定工藝，降低產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的危害。此外，也使消費(fèi)者具有對(duì)哪種工藝保護(hù)環(huán)境更有效的知情權(quán)，因而影響他們選擇購(gòu)買哪種產(chǎn)品。
美國(guó)的一個(gè)設(shè)計(jì)小組在FeMET設(shè)計(jì)基金的資助下，比較了3種不同材料：鑄鋁、鑄鐵與鍛鋼制造的轉(zhuǎn)向節(jié)在整個(gè)生命周期對(duì)環(huán)境的影響。通過對(duì)材料生產(chǎn)階段以及使用階段所產(chǎn)生溫室氣體排放統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在通常情況下，材料生產(chǎn)與制造過程中產(chǎn)生的溫室氣體排放明顯要比使用階段多得多。
2023-06-26
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