アンモニアで作るグリーンスチール(Green steel produced with ammonia)

2023-04-182023-06-03

太陽に恵まれた国で合成されたアンモニアが、持続可能な製鉄を促進する可能性 Ammonia synthesized in sun-rich countries could facilitate sustainable iron- and steelmaking
1. アンモニアで酸化鉄を還元する：グリーンスチールへの持続可能な道 Reducing Iron Oxide with Ammonia: A Sustainable Path to Green Steel
  1. Abstract

太陽に恵まれた国で合成されたアンモニアが、持続可能な製鉄を促進する可能性 Ammonia synthesized in sun-rich countries could facilitate sustainable iron- and steelmaking

2023-04-17 マックス・プランク研究所

鋼鉄生産は、世界のCO2排出量の約7％を占め、現在最大の地球温暖化の原因である。環境に配慮した鉄鉱石の製造方法として、水素を用いた鉄の直接還元法が注目されているが、この方法には水素の生産・輸送・保管に関する問題があり、現状ではエネルギーと費用の面で課題がある。
ドイツのマックス・プランク研究所の研究者たちは、アンモニアを水素キャリアと還元剤として使用することで、鉄鉱石の直接還元プロセスを開発した。
アンモニアは、既に確立された物流で世界中で取引されており、液化コストが低いため、水素と比べて製造・輸送がコスト削減できる。アンモニアを使用する直接還元プロセスは、自己触媒反応で進行し、水素をクラックせずに鉄鉱石を還元する。この方法は、水素を使用する直接還元と同じ程度の還元度をもたらし、冷却中に窒化物が生成され、酸化から鉄鉱石を保護することができる。また、アンモニアの分解生成物である窒素は、鉄鉱石の還元効率を向上させるための熱媒体として使用できる。

＜関連情報＞

アンモニアで酸化鉄を還元する：グリーンスチールへの持続可能な道 Reducing Iron Oxide with Ammonia: A Sustainable Path to Green Steel

Yan Ma, Jae Wung Bae, Se-Ho Kim, Matic Jovičević-Klug, Kejiang Li, Dirk Vogel, Dirk Ponge, Michael Rohwerder, Baptiste Gault, Dierk Raabe
Advanced Science Published: 30 March 2023
DOI:https://doi.org/10.1002/advs.202300111

Abstract

Iron making is the biggest single cause of global warming. The reduction of iron ores with carbon generates about 7% of the global carbon dioxide emissions to produce ≈1.85 billion tons of steel per year. This dramatic scenario fuels efforts to re-invent this sector by using renewable and carbon-free reductants and electricity. Here, the authors show how to make sustainable steel by reducing solid iron oxides with hydrogen released from ammonia. Ammonia is an annually 180 million ton traded chemical energy carrier, with established transcontinental logistics and low liquefaction costs. It can be synthesized with green hydrogen and release hydrogen again through the reduction reaction. This advantage connects it with green iron making, for replacing fossil reductants. the authors show that ammonia-based reduction of iron oxide proceeds through an autocatalytic reaction, is kinetically as effective as hydrogen-based direct reduction, yields the same metallization, and can be industrially realized with existing technologies. The produced iron/iron nitride mixture can be subsequently melted in an electric arc furnace (or co-charged into a converter) to adjust the chemical composition to the target steel grades. A novel approach is thus presented to deploying intermittent renewable energy, mediated by green ammonia, for a disruptive technology transition toward sustainable iron making.