1. Application of Hydrochar for Low-CO2 Emission Steel Production
- Author
-
Lu, Yu-Chiao and Lu, Yu-Chiao
- Abstract
Steel is an indispensable material of the modern society and yet the production of steel is one of the largest anthropogenic CO2 emission sources on the planet. The conventional blast-furnace-basic-oxygen-furnace (BOF) process is responsible for generating 85% of the steel industry’s total CO2 emissions, which is the result of a high coal consumption rate for the reduction of iron ores and for providing the heat necessary for the high-temperature process. In order to meet the climate goal set by the Paris Agreement, the iron and steel industry must drastically decrease its CO2 emissions and aim at achieving net-zero emissions by 2050. Bioenergy is a form of renewable energy, and if it is managed sustainably throughout its life cycle, it can be considered carbon-neutral. Replacing fossil fuels with biofuels consumed during the steelmaking processes is one way to decrease CO2 emissions. However, this approach has not been widely adopted by steelmakers over the world due to the high price and the limited availability of wood-based biofuels. Hydrochar is a coal-like solid material that is produced from the hydrothermal carbonization (HTC) of biomass. It has attracted great interest from steelmakers due to its coal-like properties and the fact that it can be produced from a wide range of organic waste streams that can be found in almost every country. Previous studies focused on the use of hydrochar for the blast furnace process. This thesis therefore examines the potential use of hydrochar in the direct-reduction-electric-arc-furnace (DR-EAF) process, and particularly in two applications where the use of fossil coal is difficult to abate—the coal-based direct reduction of iron ore and the carburization of liquid steel in the EAF. This thesis begins with a characterization study of a hydrochar produced from lemon peel waste (LPH) and its comparison with a fossil reference material (anthracite) and two bio-reference materials (charcoal). The results reveal that LPH is a h, Stål är ett oumbärligt material i det moderna samhället, men produktionen av stål representerar samtidigt en av de största antropogena CO2-utsläppskällorna på planeten. Den konventionella processen som kombinerar en masugn med en konverter genererar 85 % av stålindustrins totala CO2-utsläpp. Detta är orsakat av en hög kolförbrukningshastighet för att reducera järnmalm och för att tillhandahålla den värme som krävs för denna högtemperaturprocess. För att klara klimatmålen i Parisavtalet måste stålindustrin drastiskt minska sina CO2-utsläpp och sikta på att uppnå nettonollutsläpp till 2050. Bioenergi är en form av förnybar energi, som om den hanteras på ett hållbart sätt under hela sin livscykel, kan betraktas som koldioxidneutral. Därför är det positivt att ersätta fossila bränslen med biobränslen som förbrukas under ståltillverkningsprocesserna i syfte att minska CO2-utsläppen. Detta tillvägagångsätt har dock inte använts i stor utsträckning av ståltillverkare i världen, på grund av det höga priset och den begränsade tillgågen på träbaserade biobränslen. Hydrochar är ett kolliknande fast material som framställs från en hydrotermisk förkolning av biomassa. Materialet har uppmärksammats av ståltillverkare på grund av dess kolliknade egenskaper och det faktum att det kan produceras från ett brett utbud av organiska avfall som finns tillgängligt i nästan alla länder. Tidigare studier har fokuserat på användningen av hydrochar för masugnsprocessen, medan denna avhandling fokuserar på att studera den potentialla användningen av hydrochar i electriska ljusbågsugnar som chargeras med direktreduktionspellets (DR-EAF). Dessutom för speciellt två tillämpningar där användningen av fossilt kol är svår att minska, nämligen den kolbaserade direkta reduktionen av järnmalm och uppkolningen av flytande stål i ljusbågsugnen. Inledningsvis så presenteras resultaten av en karaktäriseringsstudie av hydrochar framställt från citronskalsavfall (LPH) och resultaten jämförs med ett fossilt r, OSMET 3.0
- Published
- 2024