ساخت فولاد با برق | اخبار MIT

فولاد یکی از مفیدترین مواد روی کره زمین است. ستون فقرات زندگی مدرن، در آسمان خراش ها، اتومبیل ها، هواپیماها، پل ها و موارد دیگر استفاده می شود. متأسفانه فولادسازی فرآیندی بسیار کثیف است.

رایج ترین روش تولید آن شامل استخراج سنگ آهن، کاهش آن در کوره بلند از طریق افزودن زغال سنگ، و سپس استفاده از کوره اکسیژن برای سوزاندن کربن اضافی و سایر ناخالصی ها است. به همین دلیل تولید فولاد حدود 7 تا 9 درصد را تشکیل می دهد انتشار گازهای گلخانه ای بشر در سراسر جهان، آن را به یکی از کثیف ترین صنایع روی کره زمین تبدیل کرده است.

اکنون بوستون متال به دنبال پاکسازی صنعت فولادسازی با استفاده از فرآیند الکتروشیمیایی به نام الکترولیز اکسید مذاب (MOE) است که بسیاری از مراحل فولادسازی را حذف کرده و اکسیژن را به عنوان تنها محصول جانبی خود آزاد می کند.

این شرکت که توسط پروفسور بازنشسته MIT، دونالد سادووی، پروفسور آنتوان آلانور، و دکترای دکترای جیمز یورکو تاسیس شد، در حال حاضر از MOE برای بازیابی فلزات با ارزش از زباله های معدنی در شعبه برزیلی خود، بوستون متال دو برزیل، استفاده می کند. این کار به تیم بوستون متال کمک می کند تا فناوری خود را در مقیاس تجاری گسترش دهد و شراکت های کلیدی با اپراتورهای معدن ایجاد کند. این کشور همچنین یک نمونه اولیه راکتور MOE برای تولید فولاد سبز در مقر خود در Woburn، ماساچوست ساخته است.

و علی رغم نامش، بوستون متال جاه طلبی های جهانی دارد. این شرکت تا به امروز بیش از 370 میلیون دلار از سازمان‌های سراسر اروپا، آسیا، آمریکا و خاورمیانه جمع‌آوری کرده است و رهبران آن انتظار دارند به سرعت افزایش یابد تا تولید فولاد را در هر گوشه‌ای از جهان متحول کند.

Guillaume Lambotte، دانشمند ارشد فلزات بوستون و دکتر سابق MIT، Guillaume Lambotte می‌گوید: «در سراسر جهان به رسمیت شناخته شده است که ما باید به سرعت عمل کنیم، و این امر از طریق راه‌حل‌های فناوری مانند این اتفاق می‌افتد که می‌تواند به ما کمک کند از فناوری‌های فعلی دور شویم». بیشتر و بیشتر، تغییرات آب و هوایی بخشی از زندگی ما است، بنابراین فشار روی همه است که سریع عمل کنند.

به ماه و برگشت

خاستگاه فناوری بوستون متال از ماه شروع شد. در اواسط دهه 2000، سادووی، که پروفسور بازنشسته شیمی مواد در بخش علوم مواد MIT است، از ناسا کمک مالی دریافت کرد تا راه‌هایی برای تولید اکسیژن برای پایگاه‌های قمری آینده را بررسی کند. Sadoway و دیگر محققان MIT ایده ارسال یک جریان الکتریکی از طریق سنگ اکسید آهن در سطح ماه را با استفاده از سنگ یک سیارک قدیمی در آریزونا برای آزمایشات خود بررسی کردند. این واکنش اکسیژن تولید کرد که فلز به عنوان یک محصول جانبی بود.

این تحقیق با Sadoway، که متوجه شد در اینجا روی زمین، آن محصول جانبی فلزی مورد توجه قرار گرفت. برای کمک به عملی تر کردن واکنش الکترولیز مورد مطالعه، او به نیروهای آلنور، که استاد متالورژی در MIT و کرسی لختمن در گروه علوم و مهندسی مواد است، پیوست. استادان توانستند آند ارزان‌تری را شناسایی کنند و با یورکو، دانشجوی سابق شریک شدند تا بوستون متال را تأسیس کنند.

لامبوت می‌گوید: «تمام مطالعات بنیادی و فناوری‌های اولیه از MIT بیرون آمدند. ما از تحقیقاتی که در MIT ثبت شده بود و از اداره مجوز فناوری MIT مجوز گرفته بود، خارج شدیم.

لامبوت مدت کوتاهی پس از انتشار مقاله ای توسط تیم بوستون متال در سال 2013 به این شرکت پیوست. طبیعت پلت فرم MOE را توصیف می کند.

Lambotte می‌گوید: «این زمانی بود که از آزمایشگاه، با آزمایشی به اندازه فنجان قهوه برای اثبات اصول اولیه و تولید چند گرم، به شرکتی رفت که می‌تواند صدها کیلوگرم و به زودی تن‌های فلز تولید کند».

فرآیند الکترولیز اکسید مذاب بوستون متال در سلول‌های MOE مدولار به اندازه یک اتوبوس مدرسه انجام می‌شود. سنگ سنگ آهن به داخل سلول وارد می شود که حاوی کاتد (پایانه منفی سلول MOE) و یک آند غوطه ور در یک الکترولیت مایع است. آند خنثی است، به این معنی که در الکترولیت حل نمی‌شود یا در واکنش شرکت نمی‌کند، مگر اینکه به عنوان پایانه مثبت عمل کند. هنگامی که الکتریسیته بین آند و کاتد جریان می یابد و سلول به حدود 1600 درجه سانتیگراد می رسد، پیوندهای اکسید آهن در سنگ معدن شکافته می شود و فلز مایع خالص در پایین تولید می شود که می توان آن را ضربه زد. محصول جانبی واکنش اکسیژن است و این فرآیند به آب، مواد شیمیایی خطرناک یا کاتالیزورهای فلزات گرانبها نیاز ندارد.

تولید هر سلول به اندازه جریان آن بستگی دارد. لامبوت می گوید با حدود 600000 آمپر، هر سلول می تواند روزانه 10 تن فلز تولید کند. فولادسازان به فناوری بوستون متال مجوز می دهند و هر تعداد سلول را برای رسیدن به اهداف تولید خود مستقر می کنند.

Boston Metal در حال حاضر از MOE برای کمک به شرکت‌های معدنی برای بازیابی فلزات با ارزش از زباله‌های معدنی خود استفاده می‌کند که معمولاً نیاز به پردازش یا ذخیره‌سازی پرهزینه دارند. لامبوت می‌گوید که می‌توان از آن برای تولید بسیاری از انواع فلزات دیگر نیز استفاده کرد و بوستون متال اخیراً برای مذاکره انتخاب شده است. اعطا کردن بودجه برای تولید فلز کروم – که برای تعدادی از کاربردهای انرژی پاک حیاتی است – در ویرجینیای غربی.

لامبوت می‌گوید: «اگر به سراسر جهان نگاه کنید، بسیاری از مواد اولیه فلزات اکسید هستند، و اگر اکسید باشد، این احتمال وجود دارد که بتوانیم با آن مواد اولیه کار کنیم. هیجان زیادی وجود دارد زیرا همه به راه حلی نیاز دارند که بتواند صنعت فلزات را کربن زدایی کند، بنابراین بسیاری از مردم علاقه مندند بدانند که MOE در فرآیندهای خود کجا قرار می گیرد.

گیگاتون پتانسیل

فناوری کربن زدایی فولاد بوستون متال در حال حاضر قرار است در سال 2026 به مقیاس تجاری برسد، اگرچه کارخانه برزیل آن در حال حاضر این صنعت را به MOE معرفی کرده است.

Lambotte می‌گوید: «من فکر می‌کنم این پنجره‌ای برای صنعت فلز است تا با MOE آشنا شود و ببیند چگونه کار می‌کند. “شما به افرادی در صنعت نیاز دارید که این فناوری را درک کنند. اینجا جایی است که شما ارتباط برقرار می کنید و فناوری جدید چگونه گسترش می یابد.

این نیروگاه در برزیل 100 درصد از انرژی های تجدید پذیر بهره می برد.

Lambotte می‌گوید: «ما می‌توانیم از این فشار عظیم جهانی برای کربن‌زدایی بخش انرژی بهره‌مند شویم. “من فکر می کنم رویکرد ما با آن همراه است. فولاد کاملاً سبز به برق سبز نیاز دارد، و من فکر می‌کنم آنچه شما خواهید دید به کارگیری این فناوری است [clean electricity] در حال حاضر به راحتی در دسترس است.»

تیم بوستون متال در مورد کاربرد MOE در صنعت فلزات هیجان زده است، اما در درجه اول بر حذف گیگاتن های انتشار گازهای گلخانه ای از تولید فولاد متمرکز است.

لامبوت می‌گوید: «فولاد حدود 10 درصد از گازهای گلخانه‌ای جهانی را تولید می‌کند، بنابراین این ستاره شمالی ماست. همه متعهد به کاهش کربن، کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و رسیدن به اهداف خالص هستند، بنابراین صنعت فولاد واقعاً به دنبال راه‌حل‌های فناوری قابل دوام است. مردم برای رویکردهای جدید آماده هستند.»