ДОМЕННІ ПЕЧІ В ЕПОХУ ДЕКАРБОНІЗАЦІЇ: ПОШУК АЛЬТЕРНАТИВ КОКСУ
DOI:
https://doi.org/10.31319/2519-2884.tm.2024.3Ключові слова:
доменні печі, декарбонізація, альтернатива коксу, водень, викиди CO2, модернізаціяАнотація
Метою роботи є аналіз перспектив використання водню як альтернативи коксу в доменних печах в умовах декарбонізації сталеливарної промисловості, зокрема з урахуванням введення механізму вуглецевого коригування імпорту (CBAM). Показано, що поширена уява про повну заміну коксу воднем потребує уточнення, оскільки існують технологічні обмеження та економічні виклики. Згідно з результатами аналізу світового досвіду, використання водню в доменних печах дозволяє знизити викиди CO2 на 10-70%, що є особливо актуальним в контексті CBAM, але потребує значних капіталовкладень в модернізацію виробництва та створення інфраструктури для виробництва і транспортування водню. Показано, що ефективність використання водню, а отже і його потенціал для зниження витрат на вуглецеві квоти в рамках CBAM, залежить від технології його отримання, способу вдування в доменну піч та умов доменної плавки.
Посилання
Венгер В., Шумська С. Металургійна промисловість України: динаміка виробництва через призму зовнішніх факторів. Економічне прогнозування. 2021. №1. С. 7—31. DOI: 10.15407/eip2021.01.007.
Альтер М. А., Чайка О. Л., Корнілов Б. В., Москалина А. О. Аналіз розвитку технологій задувки доменних печей в 20—21 століттях. Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2023. Вип. 37. С. 26—49. URL: http://jnas.nbuv.gov.ua/article/UJRN-0001459818.
Chepeliev M. Possible Implications of the European Carbon Border Adjustment Mechanism for Ukraine and Other EU Trading Partners. Energy Research Letters. 2021. Vol. 2. № 1. P. 1—4. DOI: 10.46557/001c.21527.
Maurent F., Baniasadi M., Saxen H., Feiterna A., Hojda S. Impact of Hydrogenous Gas Injection on the Blast Furnace Process: A Numerical Investigation. Metallurgical and Materials Transactions. 2023. № 54. P. 2137—2158. DOI: 10.1007/s11663-023-02822-4.
Okosun T., Nielson S., Zhou C. Blast Furnace Hydrogen Injection: Investigating Impacts and Feasibility with Computational Fluid Dynamics. JOM. 2022. Vol. 74. P. 1521—1532. DOI: 10.1007/s11837-022-05177-4.
Moral G., Ortiz-Imedio R., Ortiz A., Gorri D., Ortiz I. Hydrogen Recovery from Coke Oven Gas: Comparative Analysis of Technical Alternatives. Industrial & Engineering Chemistry Research. 2022. Vol. 61. № 18. P. 6106—6124. DOI: 10.1021/acs.iecr.1c04668.
Tang J., Chu M.-s., Li F., Feng C., Liu Z.-g., Zhou Y.-s. Development and progress on hydrogen metallurgy. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2020. Vol. 27. P. 713—723. DOI: 10.1007/s12613-020-2021-9.
Mauret F., Baniasadi M., Saxén H., Feiterna A., Hojda S. Impact of Hydrogenous Gas Injection on the Blast Furnace Process: A Numerical Investigation. Metallurgical and Materials Transactions B. 2023. Vol. 54. P. 2137—2158. DOI: 10.1007/s11663-023-02724-3.
Lan C., Hao Y., Shao J., Zhang S., Liu R., Lyu Q. Effect of H2 on Blast Furnace Ironmaking: A Review. Metals. 2022. Vol. 12. P. 1864. DOI: 10.3390/met12111864.
Shatokha V. Modeling of the effect of hydrogen injection on blast furnace operation and carbon dioxide emissions. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2022. Vol. 29. № 10. P. 1851—1861. DOI: 10.1007/s12613-022-2474-8.
Beschkov V., Ganev E. Perspectives on the Development of Technologies for Hydrogen as a Carrier of Sustainable Energy. Energies. 2023. Vol. 16. P. 6108. DOI: 10.3390/en16176108.
Gołdasz A., Matuszewska D., Olczak P. Technical, economic, and environmental analyses of the modernization of a chamber furnace operating on natural gas or hydrogen. International Journal of Hydrogen Energy. 2022. Vol. 47. № 27. P. 13213—13225. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.02.090.
Neacsa A., Eparu C.N., Stoica D.B. Hydrogen–Natural Gas Blending in Distribution Systems—An Energy, Economic, and Environmental Assessment. Energies. 2022. Vol. 15. № 17. P. 6143. DOI: 10.3390/en15176143.
Yan J. Progress and Future of Breakthrough Low-carbon Steelmaking Technology (ULCOS) of EU. International Journal of Mineral Processing and Extractive Metallurgy. 2018. Vol. 3. № 2. P. 15—22. DOI: 10.11648/j.ijmpem.20180302.11.
Meijer K., Denys M., Lasar J., Birat J.-P., Still G., Overmaat B. ULCOS: Ultra-low CO₂ steelmaking. Ironmaking & Steelmaking. 2009. Vol. 36. № 4. P. 249—251. DOI: 10.1179/174328109X439298.
Ishaq H., Dincer I., Crawford C. A review on hydrogen production and utilization: Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy. 2022. Vol. 47. № 62. P. 26238—26264. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2021.11.149.
Ahmed S. F., Mofijur M., Nuzhat S., Rafa N., Musharrat A., Lam S. S., Boretti A. Sustainable hydrogen production: Technological advancements and economic analysis. International Journal of Hydrogen Energy. 2022. Vol. 47. № 88. P. 37227—37255. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2021.12.029.
Zou C., Li J., Zhang X., Jin X., Xiong B., Yu H., Liu X., Wang S., Li Y., Zhang L., Miao S., Zheng D., Zhou H., Song J. Industrial status, technological progress, challenges, and prospects of hydrogen energy. Natural Gas Industry B. 2022. Vol. 9. № 5. P. 427—447. DOI: 10.1016/j.ngib.2022.04.006.
Rampai M. M., Mtshali C. B., Seroka N. S., Khotseng L. Hydrogen production, storage, and transportation: recent advances. Royal Society of Chemistry Advances. 2024. Vol. 14. P. 6699-6718. DOI: 10.1039/D3RA08305E.
Włodarczyk R., Kaleja P. Modern Hydrogen Technologies in the Face of Climate Change—Analysis of Strategy and Development in Polish Conditions. Sustainability. 2023. Vol. 15. P. 12891. DOI: 10.3390/su151712891.
Devlin A., Mykhnenko V., Zagoruichyk A., Salmon N., Soldak M. Techno-economic optimisation of steel supply chains in the clean energy transition: A case study of post-war Ukraine. Journal of Cleaner Production. 2024. Vol. 466. P. 142675. DOI: 10.1016/j.jclepro.2024.142675.
Тимошенко Д. О., Кухар В. В., Воловненко І. В. Порівняння енергоспоживання при виробництві сталі застарілими аглодоменним та мартенівським переділами із сучасною технологією прямого відновлення заліза Midrex H2 та виплавкою в дуговій сталеплавильній печі. Науковий Журнал Метінвест Політехніки. Серія: Технічні науки. 2024. № 2. С. 49—54. DOI: https://doi.org/10.32782/3041-2080/2024-2-8.
Venger V., Shumska S. (2021). Metalurhiina promyslovist Ukrainy: dynamika vyrobnytstva cherez pryzmu zovnishnikh faktoriv [Metallurgical Industry of Ukraine: Production Dynamics through the Prism of External Factors]. Ekonomichne prohnozuvannia, 1, 7—31. DOI: 10.15407/eip2021.01.007 [in Ukrainian].
Alter M. A., Chaika O. L., Kornilov B. V., Moskalyina A. O. (2023). Analiz rozvytku tekhnolohii zaduvky domennykh pechei v 20-21 stolittyakh [Analysis of the Development of Blast Furnace Technologies in the 20-21st Centuries]. Fundamentalni ta prykladni problemy chornoi metalurhii, 37, 26-49. URL: http://jnas.nbuv.gov.ua/article/UJRN-0001459818 [in Ukrainian].
Chepeliev M. (2021). Possible Implications of the European Carbon Border Adjustment Mechanism for Ukraine and Other EU Trading Partners. Energy Research Letters, 2(1), 1—4. DOI: 10.46557/001c.21527.
Maurent F., Baniasadi M., Saxen H., Feiterna A., Hojda S. (2023). Impact of Hydrogenous Gas Injection on the Blast Furnace Process: A Numerical Investigation. Metallurgical and Materials Transactions B, 54, 2137—2158. DOI: 10.1007/s11663-023-02822-4.
Okosun T., Nielson S., Zhou C. (2022). Blast Furnace Hydrogen Injection: Investigating Impacts and Feasibility with Computational Fluid Dynamics. JOM, 74, 1521—1532. DOI: 10.1007/s11837-022-05177-4.
Moral G., Ortiz-Imedio R., Ortiz A., Gorri D., Ortiz I. (2022). Hydrogen Recovery from Coke Oven Gas: Comparative Analysis of Technical Alternatives. Industrial & Engineering Chemistry Research, 61(18), 6106-6124. DOI: 10.1021/acs.iecr.1c04668.
Tang J., Chu M.-s., Li F., Feng C., Liu Z.-g., Zhou Y.-s. (2020). Development and progress on hydrogen metallurgy. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, 27, 713—723. DOI: 10.1007/s12613-020-2021-9.
Mauret, F., Baniasadi, M., Saxén, H., Feiterna, A., & Hojda, S. (2023). Impact of Hydrogenous Gas Injection on the Blast Furnace Process: A Numerical Investigation. Metallurgical and Materials Transactions B, 54, 2137—2158. DOI: 10.1007/s11663-023-02724-3.
Lan C., Hao Y., Shao J., Zhang S., Liu R., Lyu Q. (2022). Effect of H2 on Blast Furnace Ironmaking: A Review. Metals, 12, 1864. DOI: 10.3390/met12111864.
Shatokha V. (2022). Modeling of the effect of hydrogen injection on blast furnace operation and carbon dioxide emissions. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, 29(10), 1851—1861. DOI: 10.1007/s12613-022-2474-8.
Beschkov V., Ganev E. (2023). Perspectives on the Development of Technologies for Hydrogen as a Carrier of Sustainable Energy. Energies, 16, 6108. DOI: 10.3390/en16176108.
Gołdasz A., Matuszewska D., Olczak P. (2022). Technical, economic, and environmental analyses of the modernization of a chamber furnace operating on natural gas or hydrogen. International Journal of Hydrogen Energy, 47(27), 13213—13225. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.02.090.
Neacsa A., Eparu C.N., Stoica D.B. (2022). Hydrogen–Natural Gas Blending in Distribution Systems—An Energy, Economic, and Environmental Assessment. Energies, 15(17), 6143. DOI: 10.3390/en15176143.
Yan J. (2018). Progress and Future of Breakthrough Low-carbon Steelmaking Technology (ULCOS) of EU. International Journal of Mineral Processing and Extractive Metallurgy, 3(2), 15—22. DOI: 10.11648/j.ijmpem.20180302.11.
Meijer K., Denys M., Lasar J., Birat J.-P., Still G., Overmaat B. (2009). ULCOS: Ultra-low CO₂ steelmaking. Ironmaking & Steelmaking, 36(4), 249—251. DOI: 10.1179/174328109X439298.
Ishaq H., Dincer I., Crawford C. (2022). A review on hydrogen production and utilization: Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, 47(62), 26238—26264. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2021.11.149.
Ahmed S. F., Mofijur M., Nuzhat S., Rafa N., Musharrat A., Lam S. S., Boretti A. (2022). Sustainable hydrogen production: Technological advancements and economic analysis. International Journal of Hydrogen Energy, 47(88), 37227—37255. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2021.12.029.
Zou C., Li J., Zhang X., Jin X., Xiong B., Yu H., Liu X., Wang S., Li Y., Zhang L., Miao S., Zheng D., Zhou H., Song J. (2022). Industrial status, technological progress, challenges, and prospects of hydrogen energy. Natural Gas Industry B, 9(5), 427—447. DOI: 10.1016/j.ngib.2022.04.006.
Rampai M. M., Mtshali C. B., Seroka N. S., Khotseng L. (2024). Hydrogen production, storage, and transportation: Recent advances. Royal Society of Chemistry Advances, 14, 6699—6718. DOI: 10.1039/D3RA08305E.
Włodarczyk R., Kaleja P. (2023). Modern Hydrogen Technologies in the Face of Climate Change—Analysis of Strategy and Development in Polish Conditions. Sustainability, 15, 12891. DOI: 10.3390/su151712891.
Devlin A., Mykhnenko V., Zagoruichyk A., Salmon N., Soldak M. (2024). Techno-economic optimisation of steel supply chains in the clean energy transition: A case study of post-war Ukraine. Journal of Cleaner Production, 466, 142675. DOI: 10.1016/j.jclepro.2024.142675.
Tymoshenko D. O., Kukhar V. V., Volovnenko I. V. (2024). Porivniannia enerhospozhyvannia pry vyrobnytstvi stali zastarilymy ahlodomennym ta martenivskym peredilamy iz suchasnoiu tekhnolohiiu priamoho vidnovlennia zaliza Midrex H2 ta vyplavkoiu v duhovi stalelivalni pechi [Comparison of Energy Consumption in Steel Production by Obsolete Blast Furnace and Open-Hearth Methods with Modern Technology of Direct Reduction of Iron Midrex H2 and Melting in an Electric Arc Furnace]. Naukovyi Zhurnal Metinvest Politekhnika. Seria: Tekhnichni Nauky, 2, 49—54. DOI: 10.32782/3041-2080/2024-2-8. [in Ukrainian].
