Jauns tērauda ražošanas veids varētu vienā mirklī samazināt CO2 emisijas par 5%.

Pieklājīgi no Boston Metal

Guļains tumši pelēka tērauda disks nosedz stendu Boston Metal laboratorijas telpā, kas ir MIT izgriezums, kas atrodas pusstundu uz ziemeļiem no tā paša nosaukuma pilsētas.

Tā ir uzņēmuma pirmā augstas stiprības sakausējuma partija, kas izveidota, izmantojot jaunu pieeju metāla apstrādei. Tērauda ražošanā gadsimtiem ilgi izmantotās domnas vietā Boston Metal ir izstrādājis kaut ko tuvāk akumulatoram. Konkrētāk, tas ir tas, kas pazīstams kā elektrolītiskā šūna, kas neapstrādātas dzelzsrūdas apstrādei izmanto elektrību, nevis oglekli.

Ja tehnoloģija darbosies tik lēti, kā cer dibinātāji, tā varētu piedāvāt skaidru ceļu siltumnīcefekta gāzu emisiju samazināšanai vienā no visgrūtāk tīrāmajām globālās ekonomikas nozarēm un vienīgā lielākā rūpnieciskā klimata piesārņojuma avota.

Pēc darba pie idejas pēdējos sešus gadus, deviņu cilvēku uzņēmums pāriet uz nākamo posmu. Ja tiks slēgts nepabeigtais finansējuma cikls, jaunizveidotais uzņēmums plāno uzbūvēt lielu demonstrācijas iekārtu un attīstīt rūpnieciska mēroga elementu tērauda ražošanai.

Oglekļa griešana

Mūsdienās tērauda ražošanas galvenajā pieejā dzelzs oksīdu ievieto domnā ar koksu, cietu, porainu vielu, kas iegūta no oglēm. Augstā temperatūrā kokss pārvēršas oglekļa monoksīdā, kas atdala skābekli no dzelzs, radot starpmetālu, kas pazīstams kā čuguns, kopā ar oglekļa dioksīdu, kas nonāk atmosfērā.

Šis un citi procesa posmi ik gadu atmosfērā iesūknē aptuveni 1,7 gigatonnas oglekļa dioksīda, pievienojot aptuveni 5 procentus no globālajām oglekļa dioksīda emisijām, liecina nesen publicēts dokuments. Zinātne (sk. Mums joprojām nav ne jausmas, kā novērst vairāk nekā ceturto daļu enerģijas emisiju). Un tas ir pirms tam, kad tiek ņemts vērā kurināmais, kas nepieciešams krāsniņu kurināšanai.

Automašīnas, ēkas un tilti ir diezgan lielā mērā atkarīgi no tērauda, ​​saka Stīvens Deiviss, šī pētījuma vadošais autors un Zemes sistēmu zinātnieks Kalifornijas universitātē Ērvinā. Tātad, ja vien mēs to nemainīsim — un nekas neliecina, ka mēs esam —, mums ir jāizdomā veids, kā dekarbonizēt šo procesu.

Taču, lai pilnībā novērstu emisijas, būs nepieciešama vai nu tehnoloģija, kas var uztvert oglekļa dioksīdu, pirms tas atstāj tērauda rūpnīcu, kas ir gan dārgs, gan tehniski sarežģīts, vai alternatīvu materiālu izmantošana skābekļa atdalīšanai no dzelzs oksīda.

Moonshot

MIT ķīmiķis Donalds Sadovejs netīšām sāka strādāt pie risinājuma 2000. gadu vidū.

NASA bija piedāvājusi ceturtdaļmiljonu dolāru balvu pirmajai pētnieku grupai, kas varēja izdomāt, kā iegūt skābekli no Mēness virsmas, kas ir priekšnoteikums Mēness bāzu izveidei. Sadovejs ierosināja izmantot elektrolītisko elementu, kas rada elektrisko strāvu savienojumu sadalīšanai, lai iegūtu skābekli no Mēness iežiem. Blakusprodukts bija izkausēts metāls, un tas lika viņam izpētīt iespēju izmantot līdzīgu pieeju metālu apstrādei uz Zemes.

Bet, lai ražotu kaut ko līdzīgu tēraudam, būtu nepieciešams anods, kas izgatavots no lētiem materiāliem, kas nerūsētu augstā temperatūrā vai viegli reaģētu ar dzelzs oksīdu. 2013. gadā Sadoway un MIT metalurģijas pētnieks Antuāns Allanore publicēja a papīrs iekšā Daba secinot, ka anodi, kas izgatavoti no hroma sakausējumiem, var atzīmēt visas šīs izvēles rūtiņas.

Iepriekšējā gadā Sadoway, Allanore un cits partneris bija līdzdibinājis jaunuzņēmumu, kas pazīstams kā Boston Electrometallurgical un kas kļūs par Boston Metal.

Uzņēmums līdz šim ir piesaistījis 13 miljonus ASV dolāru, galvenokārt no Brazīlijas investora Ingo Vendera, ASV Enerģētikas departamenta un Nacionālā zinātnes fonda. Uzņēmums atteicās atklāt nepabeigtā ieguldījuma avotu, kamēr šis darījums nav pabeigts.

Svārstīga nozare

Viena no tās elektrolītiskajām šūnām atrodas Boston Metal aizmugurējā telpā. Tas ir pietupiens metāla cilindrs ar skurstenim līdzīgu cauruli, kas izplūst no augšas, un ovulāru atveri priekšā. Tas ir paredzēts, lai ražotu dzelzs sakausējumus, augstas peļņas materiālus, ko izmanto noteiktu tērauda šķiru ražošanai, un starta sākotnējam mērķa tirgum.

Skurstenis patiesībā ir anods. Plāns metāla slānis gar apakšu veido katodu. Šie pozitīvie un negatīvie elektrodi kopā darbojas kā sava veida sūknis, kas izspiež elektronus caur elektrolītu kamerā, metālisku minerālu un citu oksīdu maisījumu.

Precīzas šī elektrolīta sastāvdaļas ir būtiska uzņēmuma pamattehnoloģijas sastāvdaļa. Tērauda gadījumā pārējie oksīdi darbojas kā šķīdinātājs augstā temperatūrā, izšķīdinot dzelzs oksīdu, paši nesadaloties.

Kā Boston Metal elektrolītiskā šūna apstrādā metālu, izmantojot elektrību.

Elektriskajai strāvai uzsildot šo zupu, no dzelzs burbuļiem atbrīvotais skābeklis plūst līdz augšai, un iegūtais metāls uzkrājas apakšā. Kad operatori piesit vai izlauž oderi caur caurumu priekšpusē, izkausēts metāls izplūst degoši oranžā līnijā.

Oglekļa izmantošanas priekšrocība tērauda ražošanā ir tāda, ka tas piešķir galaproduktam izturību, vismaz tad, ja tas ir pareizajā proporcijā. Uzņēmuma stratēģijas direktors Ādams Rauverdinks e-pastā sacīja, ka, lai ražotu noteiktas tērauda kategorijas, metālam atdziestot, var vienkārši pievienot oglekli un citas sastāvdaļas.

Taču daži brīnās, cik tas būs pārliecinoši bēdīgi konservatīvajai tērauda nozarei, kas galu galā ražo materiālu, kam jātur debesskrāpji.

Ogleklis zināmā mērā ir vajadzīgs paša tērauda mehāniskajām īpašībām, e-pastā sacīja Kalifornijas Tehnoloģiju institūta ķīmiķis Neitans Lūiss. Un saprotams, ka nozare vilcinās mainīt šo procesu.

Nākamie soļi

Pagājušajā gadā Tadeu Carneiro pievienojās Boston Metal kā izpilddirektors. Iepriekš viņš vadīja Brazīlijā CBMM , lielākais niobija ražotājs, metāls, ko izmanto supravadošos sakausējumos.

Karneiro, kurš nēsā tumšas, smagas brilles virs tumšām, smagām uzacīm, uz tāfeles uzraksta ķīmiskos vienādojumus, aprakstot uzņēmuma biznesa stratēģiju ar brazīliešu akcentu. Viņš saka, ka trīs gadu plāns ir izveidot demonstrācijas iekārtu ferosakausējumu ražošanai. Tikmēr uzņēmums arī sāks projektēt un konstruēt pilna mēroga tērauda ražošanas kameru, kas ir pagrieziena punkts, ko viņš cer sasniegt septiņu gadu laikā.

Ja Boston Metal sasniegs šos kritērijus, tas varētu īstenot vairākus uzņēmējdarbības modeļus, tostarp licencēt tehnoloģiju, sadarboties ar metāla ražotājiem, pārdot elementus vai tieši ražot metālus.

Bet kā vienmēr zinātnē, kamēr produkts nav faktiski uzbūvēts un pārbaudīts komerciālā mērogā, ir pāragri teikt, cik labi vai par pieņemamu cenu tas patiešām darbosies. Turklāt, lai pārveidotu nozari, nepietiks tikai ar produkta videi draudzīgas versijas ražošanu par aptuveni tādu pašu cenu, ņemot vērā miljardiem dolāru lielas neatgriezeniskās izmaksas tērauda rūpnīcās, kuras var darboties gadu desmitiem, un faktu, ka liela daļa no šīs nozares atrodas relatīvi nabadzīgās valstīs vai kurām ir finansiālas grūtības.

Metāla stienis, ko ražo uzņēmuma kausēta oksīda elektrolīzes jeb MOE procesā. Pieklājīgi no Boston Metal

Pat ja ideālā tehnoloģija nonāktu uz skatuves šodien, iespējams, paietu vairākas desmitgades, pirms mēs varētu efektīvi pāriet uz to, saka Deiviss.

Karneiro atzīst, ka uzņēmumam joprojām ir jāpārvar vairākas atlikušās tehniskās problēmas, tostarp jāuzlabo farādiskā efektivitāte, kas nozīmē palielināt elektronu procentuālo daudzumu, kas faktiski ražo metālu; siltuma efektivitātes paaugstināšana vai elektroenerģijas kilovatstundu samazināšana, kas nepieciešama noteikta metāla daudzuma ražošanai; un hroma sakausējuma anoda palielināšana, kas līdz šim ir demonstrēta tikai laboratorijas līmenī.

Tomēr viņš ir pārliecināts, ka Boston Metal atrisinās šīs problēmas, pierādīs, ka tehnoloģija ir lētāka, un galu galā pārliecinās nozari pieņemt savu pieeju.

Gandrīz 1 triljona ASV dolāru tērauda nozares pārveide joprojām ir tāls uzdevums. Bet, ja starta uzņēmums var demonstrēt, ka process darbojas rūpnieciskā mērogā, tas vismaz varētu sniegt nelielu cerību atrisināt vienu no grūtākajām klimata mīklas daļām.

paslēpties