211service.com
Nový způsob výroby oceli by mohl najednou snížit emise CO2 o 5 %.
S laskavým svolením Boston Metal
Hrudkovaný kotouč z tmavě šedé oceli pokrývá lavici v laboratorním prostoru Boston Metal, spinout MIT, který se nachází půl hodiny severně od jeho stejnojmenného města.
Je to první várka této vysoce pevné slitiny vytvořené pomocí nového přístupu ke zpracování kovů. Místo vysoké pece používané při výrobě oceli po staletí vyvinul Boston Metal něco bližšího baterii. Konkrétně jde o to, co je známé jako elektrolytický článek, který ke zpracování surové železné rudy používá elektřinu – spíše než uhlík.
Pokud bude technologie fungovat ve velkém tak levně, jak zakladatelé doufají, mohla by nabídnout jasnou cestu ke snížení emisí skleníkových plynů z jednoho z nejhůře čistitelných odvětví globální ekonomiky a jediného největšího průmyslového zdroje znečištění klimatu.
Poté, co na myšlence pracovalo posledních šest let, posouvá devítičlenná společnost do své další fáze. Pokud uzavře probíhající kolo financování, startup plánuje postavit velké demonstrační zařízení a vyvinout průmyslovou buňku pro výrobu oceli.
Řezání uhlíku
V dnešním hlavním přístupu k výrobě oceli je oxid železa umístěn do vysoké pece s koksem, tvrdou, porézní látkou získanou z uhlí. Při vysokých teplotách se koks mění na oxid uhelnatý, který ze železa odebírá kyslík, čímž vzniká meziprodukt známý jako surové železo – spolu s oxidem uhličitým, který se valí do atmosféry.
Tento a další kroky procesu pumpují do atmosféry přibližně 1,7 gigatuny oxidu uhličitého ročně, což podle nedávného dokumentu v roce Věda (viz Stále netušíme, jak eliminovat více než čtvrtinu energetických emisí ). A to ještě předtím, než vezmeme v úvahu paliva potřebná k zapálení pecí.
Auta, budovy a mosty jsou docela závislé na oceli, říká Steven Davis, hlavní autor této studie a vědec zemského systému na University of California, Irvine. Takže pokud to nezměníme – a nic nenasvědčuje tomu, že jsme – musíme vymyslet způsob, jak tento proces dekarbonizovat.
Úplné odstranění emisí si však vyžádá buď technologii, která dokáže zachytit oxid uhličitý ještě předtím, než opustí ocelárnu, což je drahé a technicky náročné, nebo použití alternativních materiálů k odstranění kyslíku z oxidu železa.
Moonshot
Donald Sadoway, chemik na MIT, začal neúmyslně pracovat na řešení v polovině 21. století.
NASA nabídla čtvrt milionu dolarů prvnímu výzkumnému týmu, který by mohl přijít na to, jak extrahovat kyslík z povrchu Měsíce, což je předpoklad pro zřízení lunárních základen. Sadoway navrhl použití elektrolytického článku – který produkuje elektrický proud k rozkladu sloučenin – k extrakci kyslíku z měsíčních hornin. Vedlejším produktem byl roztavený kov, což ho vedlo k prozkoumání možnosti použití podobného přístupu ke zpracování kovů zpět na Zemi.
Ale výroba něčeho, jako je ocel, by vyžadovala anodu vyrobenou z levných materiálů, které by nekorodovaly při vysokých teplotách ani by snadno nereagovaly s oxidem železa. V roce 2013 publikoval badatel v oboru metalurgie Sadoway a MIT Antoine Allanore a papír v Příroda dospět k závěru, že anody vyrobené ze slitin na bázi chrómu mohou zaškrtnout všechna tato políčka.
V předchozím roce Sadoway, Allanore a jiného partnera spoluzaložil startup známý jako Boston Electrometallurgical, ze kterého se stal Boston Metal.
Společnost dosud získala 13 milionů dolarů, především od brazilského investora Ingo Wendera, amerického ministerstva energetiky a National Science Foundation. Firma odmítla zveřejnit zdroj čekající investice, dokud nebude tato transakce dokončena.
Váhavé odvětví
Jeden z jeho elektrolytických článků sedí v zadní místnosti Boston Metal. Je to podsaditý kovový válec s komínovou trubicí vycházející shora a ovulárním otvorem vpředu. Je navržen tak, aby vyráběl feroslitiny, materiál s vysokou marží používaný k výrobě určitých druhů oceli – a počáteční cílový trh startupu.
Komín je vlastně anoda. Tenká vrstva kovu podél dna tvoří katodu. Tyto kladné a záporné elektrody společně fungují jako jakési čerpadlo, tlačí elektrony skrz elektrolyt v komoře, směs kovových minerálů a jiných oxidů.
Přesné přísady v tomto elektrolytu jsou kritickou součástí základní technologie společnosti. V případě oceli působí ostatní oxidy jako rozpouštědlo při vysokých teplotách, které rozpouštějí oxid železa, aniž by se samy rozkládaly.
Jak elektrolytický článek Boston Metal zpracovává kov pomocí elektřiny.
Jak elektrický proud ohřívá polévku, kyslík uvolněný ze železa bublá nahoru a výsledný kov se hromadí u dna. Jakmile operátoři prorazí nebo prorazí výstelku otvorem v přední části, roztavený kov vyteče v planoucí oranžové linii.
Výhodou použití uhlíku při výrobě oceli je, že dodává pevnost konečnému produktu, alespoň když je ve správném poměru. Adam Rauwerdink, ředitel strategie společnosti, uvedl v e-mailu, že za účelem výroby konkrétních druhů oceli lze uhlík a další přísady jednoduše přidat, když se kov ochladí.
Někteří se ale diví, jak přesvědčivé to bude pro notoricky konzervativní ocelářský průmysl, který koneckonců vyrábí materiál, který potřebuje udržet mrakodrapy.
Uhlík je na určité úrovni vyžadován pro mechanické vlastnosti samotné oceli, uvedl v e-mailu Nathan Lewis, chemik z California Institute of Technology. A je pochopitelné, že průmysl váhá, zda tento proces změnit.
Další kroky
V loňském roce se Tadeu Carneiro připojil k Boston Metal jako výkonný ředitel. Dříve vedl v Brazílii sídlící CBMM , největší výrobce niobu, kovu používaného v supravodivých slitinách.
Carneiro, který nosí tmavé těžké brýle nad tmavým, těžkým obočím, čmárá chemické rovnice na tabuli, když brazilským přízvukem popisuje obchodní strategii společnosti. Tříletý plán je vybudovat demonstrační zařízení na výrobu feroslitin, říká. Mezitím společnost také začne navrhovat a konstruovat plnohodnotnou buňku pro výrobu oceli, což je milník, kterého doufá dosáhnout do sedmi let.
Pokud Boston Metal dosáhne těchto měřítek, mohl by sledovat řadu obchodních modelů, včetně licencování technologie, partnerství s výrobci kovů, prodeje článků nebo přímé výroby kovů.
Ale jako vždy ve vědě, dokud nebude produkt skutečně postaven a otestován v komerčním měřítku, je příliš brzy na to říci, jak dobře nebo za přijatelnou cenu bude skutečně fungovat. Navíc pouhá výroba zelené verze produktu za přibližně stejnou cenu nebude stačit k transformaci tohoto odvětví, vzhledem k miliardovým nákladům utopeným v ocelárnách, které mohou fungovat po desetiletí – a ke skutečnosti, že velká část tohoto odvětví sídlí v relativně chudých zemích nebo se potýká s finančními problémy.
Kovová tyč vyrobená elektrolýzou roztaveného oxidu, neboli MOE, společnosti. S laskavým svolením Boston Metal
I kdyby dnes přišla na scénu dokonalá technologie, pravděpodobně by to trvalo několik desetiletí, než bychom na ni mohli efektivně přejít, říká Davis.
Carneiro uznává, že společnost stále musí překonat řadu zbývajících technických problémů, včetně zlepšení faradaické účinnosti, což znamená zvýšení procenta elektronů, které skutečně produkují kov; zvýšení tepelné účinnosti nebo snížení kilowatthodin elektřiny potřebné k výrobě daného objemu kovu; a zvětšování anody z chromové slitiny, která byla doposud demonstrována pouze na laboratorní úrovni.
Je však přesvědčen, že Boston Metal tyto výzvy vyřeší, dokáže, že technologie je levnější, a nakonec přesvědčí průmysl, aby přijal jeho přístup.
Transformace ocelářského sektoru v hodnotě téměř 1 bilionu dolarů je stále běh na dlouhou trať. Pokud však startup dokáže prokázat, že jeho proces funguje v průmyslovém měřítku, mohlo by to poskytnout alespoň malou naději na vyřešení jedné z nejtěžších částí klimatické hádanky.