炭素排出を削減できる新しい製鉄プロセスが登場

xguru · 2024-02-11T10:02:01+09:00

鉄は鋼の主要成分であり、地球の大気に負荷を与え、世界の温室効果ガス排出量の8%を占めている化学者たちは、鉄の生産をはるかに環境に優しいものにできる方法を開発した電気を使って鉄鉱石と塩水を金属鉄や他の産業的に有用な化学物質へ変換するこの方法は、費用対効果が高く、風力や太陽光発電で供給される電力との相性も良く、さらにはカーボンネガティブになる可能性があり、二酸化炭素（CO2）を生み出す以上に消費することができる鉄の抽出と新たなアプローチ鉄は地球上で最も豊富な元素の1つだが、自然界では鉄鉱石を構成するさまざまな鉱物の中で酸素と結び付いている金属鉄を抽出するために、通常は鉄鉱石をコークスと呼ばれる高炭素の石炭と混合し、約1500°Cの高温で加熱するこの過程で、炭素原子が鉄から酸素原子を取り除いてCO2を大気中に放出し、溶融金属が残る鉄鋼メーカーはこの鉄に少量の炭素やその他の微量金属を加えて鋼を製造する鉄と鋼の製造における問題点鉄と鋼を作るこの方法は安価で実績もあるが、かなりの量のCO2を排出する毎年25億トンの鉄が採掘され、それを金属鉄へ還元する工程では、すべての乗用車の排気ガスに匹敵する量のCO2が排出されるそのため科学者たちは、温室効果ガスを発生させず、経済的にも実行可能な金属鉄の生産方法を探している鉄精製のための新しい電気化学的アプローチオレゴン大学の化学工学者Paul Kemplerと同僚たちは、塩水から塩素を作る工業プロセスを製鉄に再利用できないかと考えたこの「クロルアルカリ」プロセスでは、塩化ナトリウムを含む水を電気化学セルに入れ、陽極では塩化物イオンから電子を引き抜いて塩素ガスを生成し、陰極では電子が水分子を分解してナトリウムイオンと結び付き、水酸化ナトリウムと水素ガスを作る鉄を精製するため、Kemplerのチームは陰極に酸化鉄粒子を加え、電子によって酸化鉄から酸素原子が放出されて水酸化ナトリウムが形成され、固体の金属鉄が残るようにした新手法の効率と潜在的な利点このプロセスは非常に効率的で、研究者たちは、現在の市場価格で塩素と一部の水酸化ナトリウムを販売することで、全体の工程が高炉で鉄を作るのとおおむね同程度のコストで鉄を生産できると見積もっている水酸化ナトリウムはCO2を結合して炭素系鉱物へ変換できるため、このプロセスはCO2回収に役立つ可能性があり、カーボンネガティブになり得る産業応用に向けた課題と展望実験室での実験と工業プロセスの間には、なお長い道のりがあり、この技術をスケールアップするうえで解決すべき課題がある。オレゴン大学グループの設定では、鉄と同量の塩素ガスが生成されるが、塩素ガスには多くの産業用途がある一方で、新手法を大規模化した場合の生成量は必要量を上回り、汚染を引き起こす可能性がある。また、出発原料となる酸化鉄は、多くの鉱石に含まれる不純物がないクリーンなものでなければならず、精製コストが高くつく可能性がある Kemplerはこうした懸念が妥当であると認めつつも、工業用塩素ガスの需要に合わせて生産を拡大すれば、依然として毎年数千万トン規模のCO2フリーの鉄と塩素を生産できると指摘している酸化鉄の精製に関しては、水酸化ナトリウムが鉄鉱石中の微量不純物と結合することがよく知られているため、その一部を反応器で使用する前の酸化鉄の精製に使える可能性があり、現在このプロジェクトを試験中である

(science.org)

4 ポイント投稿者 xguru 2024-02-11 | 5件のコメント | WhatsAppで共有

鉄は鋼の主要成分であり、地球の大気に負荷を与え、世界の温室効果ガス排出量の8%を占めている
化学者たちは、鉄の生産をはるかに環境に優しいものにできる方法を開発した
電気を使って鉄鉱石と塩水を金属鉄や他の産業的に有用な化学物質へ変換するこの方法は、費用対効果が高く、風力や太陽光発電で供給される電力との相性も良く、さらにはカーボンネガティブになる可能性があり、二酸化炭素（CO2）を生み出す以上に消費することができる

鉄の抽出と新たなアプローチ

鉄は地球上で最も豊富な元素の1つだが、自然界では鉄鉱石を構成するさまざまな鉱物の中で酸素と結び付いている
金属鉄を抽出するために、通常は鉄鉱石をコークスと呼ばれる高炭素の石炭と混合し、約1500°Cの高温で加熱する
この過程で、炭素原子が鉄から酸素原子を取り除いてCO2を大気中に放出し、溶融金属が残る
鉄鋼メーカーはこの鉄に少量の炭素やその他の微量金属を加えて鋼を製造する

鉄と鋼の製造における問題点

鉄と鋼を作るこの方法は安価で実績もあるが、かなりの量のCO2を排出する
毎年25億トンの鉄が採掘され、それを金属鉄へ還元する工程では、すべての乗用車の排気ガスに匹敵する量のCO2が排出される
そのため科学者たちは、温室効果ガスを発生させず、経済的にも実行可能な金属鉄の生産方法を探している

鉄精製のための新しい電気化学的アプローチ

オレゴン大学の化学工学者Paul Kemplerと同僚たちは、塩水から塩素を作る工業プロセスを製鉄に再利用できないかと考えた
この「クロルアルカリ」プロセスでは、塩化ナトリウムを含む水を電気化学セルに入れ、陽極では塩化物イオンから電子を引き抜いて塩素ガスを生成し、陰極では電子が水分子を分解してナトリウムイオンと結び付き、水酸化ナトリウムと水素ガスを作る
鉄を精製するため、Kemplerのチームは陰極に酸化鉄粒子を加え、電子によって酸化鉄から酸素原子が放出されて水酸化ナトリウムが形成され、固体の金属鉄が残るようにした

新手法の効率と潜在的な利点

このプロセスは非常に効率的で、研究者たちは、現在の市場価格で塩素と一部の水酸化ナトリウムを販売することで、全体の工程が高炉で鉄を作るのとおおむね同程度のコストで鉄を生産できると見積もっている
水酸化ナトリウムはCO2を結合して炭素系鉱物へ変換できるため、このプロセスはCO2回収に役立つ可能性があり、カーボンネガティブになり得る

産業応用に向けた課題と展望

実験室での実験と工業プロセスの間には、なお長い道のりがあり、この技術をスケールアップするうえで解決すべき課題がある。
オレゴン大学グループの設定では、鉄と同量の塩素ガスが生成されるが、塩素ガスには多くの産業用途がある一方で、新手法を大規模化した場合の生成量は必要量を上回り、汚染を引き起こす可能性がある。
また、出発原料となる酸化鉄は、多くの鉱石に含まれる不純物がないクリーンなものでなければならず、精製コストが高くつく可能性がある
Kemplerはこうした懸念が妥当であると認めつつも、工業用塩素ガスの需要に合わせて生産を拡大すれば、依然として毎年数千万トン規模のCO2フリーの鉄と塩素を生産できると指摘している
酸化鉄の精製に関しては、水酸化ナトリウムが鉄鉱石中の微量不純物と結合することがよく知られているため、その一部を反応器で使用する前の酸化鉄の精製に使える可能性があり、現在このプロジェクトを試験中である

5件のコメント

rich8485 2024-02-11

会員登録させようってわけか、こいつら……
プロパガンダも手を変え品を変えだ。
こんなふうに文字を一つ変えたところで、本質が変わるのか？
太陽光や風力発電の電気と相性がいいって？ふふ。
なんだよ、その電気はスーパーウルトラ電気か？まったくもう……再生可能エネルギーだから環境にやさしいように無理やり見せたいのは分かるが……結局は自己陶酔じゃないのか？

constexprif 2024-02-13

太陽光や風力が答えではないとしても、本当に超々電力だけが出てくるなら環境に優しくなりますね。

halfenif 2024-02-11

現在、「2050年カーボンニュートラル」とごくわずかに関係したITプロジェクトに携わっている立場からすると、とても興味深いです。

炭素排出や鉄の生産は自分がやっているITとはほとんど関係ないと思っていましたが、いざプロジェクト全般について見直してみると、炭素排出関連の仕事がきっかけで始まるプロジェクトが今後ますます増えていきそうです。

xguru 2024-02-11

Hacker Newsの意見

Factorioのプレイヤーの視点
- 電気炉にアップグレードして鉄を生産すれば、汚染を減らせて石炭輸送ベルトも節約できる。
- 太陽光パネルを使うのは良い選択だ。
塩素アルカリ法に関する意見
- 塩素アルカリ法は、有毒廃棄物の80%以上を占めるダイオキシンやポリ塩化化合物を生成する。
- 製鉄精錬を電気分解に切り替えることが万能薬になるとは思えない。
- しかしこの研究は、大量金属ではない他の金属を元素に還元する用途には有用かもしれない。
英国の鉄鋼生産に関する意見
- 英国は自国での鉄鋼生産をやめて代わりに輸入することで、CO2を排出していないふりをしている。
電気を使った製鋼に対する見方
- 太陽光が豊富な砂漠地帯、たとえば北アフリカや中東は、製鋼に最適な場所だ。
アルミニウム精錬の有毒副産物から鉄を作る研究への印象
- アルミニウム精錬の有毒副産物である赤泥を、価値のある鉄へと変える費用対効果の高い方法に関する研究は印象的だ。
ドイツの「グリーンスチール」推進への言及
- ドイツは現在、「グリーンスチール」を非常に積極的に推進している。
カーボンネガティブなポルトランドセメント製造に関するエピソード
- 建設用のカーボンネガティブなポルトランドセメント製造に関するエピソードは興味深い。
Helios Space社のプロセス改善への言及
- ナトリウムを追加することで複数の問題を解決したHelios Spaceという会社があり、この方法は他の元素の精錬にも適用できる。
酸塩基フローバッテリーに関する提案
- HCLとNAOHを使ってピーク時に酸塩基フローバッテリーを駆動できるのではないか、という問い。
- 水素は電気分解によって生産しなければならないため、効率は低くなる可能性がある。
経済的主張に対する批判的な見方
- 査読では実験方法とデータ分析は検証されるが、経済的主張はそうではない。
- 大量の塩素ガス生産（非常に有毒）と非常に高純度の鉄鉱石が必要であり、精製コストの考慮が欠けている。