科研进展

    2024年4月18日，美国能源部宣布将向9个州的13个项目提供2800万美元资金资助，以推动零排放炼铁和生命周期超低排放炼钢技术。此次资助的13个项目如下：

    （1）阿贡国家实验室（约307万美元）：开发微波驱动的氢等离子体旋转窑工艺，用以减少铁矿石使用，从而消除炼铁过程中的CO2排放。该技术在使用现有电网时将比高炉工艺减少35%的CO2排放量，若使用低碳电力时将减少88%，同时还降低了制造热轧钢的成本。
    （2）美国Blue Origin公司（约111万美元）：将使用其“Ouroboros”系统，通过熔融氧化物电解（MOE）技术从低品位铁矿石中生产高纯度硅酸铁生铁（ferro-silicate pig iron），从而使直接过程温室气体排放为零。
    （3）Electra公司（约287万美元）：将开发一种使用非常规原料在一杯咖啡的温度下生产铁的工艺，以及一种涉及两个电化学电堆的工艺。若成功，该项目将使温室气体排放量减少80%，且成本仅为现有传统燃料工艺的一半。
    （4）Form能源公司（100万美元）：将利用其正在申请的突破性专利技术，直接从碱性铁矿石砂浆中生产铁粉，该技术是首创的粉到粉（powder-to-powder）工艺。利用美国国内现有的铁矿石原料，该方法将生产出无温室气体排放的铁，且成本与目前碳密集型炼铁方法相当。
    （5）佐治亚理工学院（约284万美元）：将研究一种通过固态直接还原挤压结构件来生产铝合金钢用的网形工程晶格结构和蜂窝状结构的工艺方法。该结构钢将在航空航天、军用和民用飞机，以及汽车结构部件具有应用潜力。
    （6）Limelight钢铁公司（约291万美元）：将使用激光炉将铁矿石转化为铁，而不排放CO2，且成本低于高炉工艺。该工艺利用半导体激光二极管，可以在新的温度和压力范围内将高品位和低品位铁矿粉还原成熔融铁金属。据估计，该技术将使炼钢能耗减少46%，排放减少81%。 
    （7）宾夕法尼亚州立大学（76万美元）：将开发一种高效、高效和可靠的电化学工艺，可在温度600℃以下还原铁矿石，而不直接排放温室气体。由固体金属氧化物保护的金属阳极的方法将克服阳极降解的许多挑战。该项目将研究一系列用以同时处理铁（II）和铁（III）混合矿石和矿石杂质的电解质。
    （8）Phoenix Tailings公司（100万美元）：将利用从空气间隙电极产生的电弧来电解由清洁电驱动的熔化氧化物电解质。熔化氧化物电解法是一种很有前途的替代方法，但到目前为止，该技术的阳极材料消耗性较大、成本高昂。
    （9）塔夫茨大学（约292万美元）：将开发出一种直接使用氨减少铁矿石精矿的方法，该工艺将消除炼铁工序中的所有直接工艺排放以及用粘土焙烧铁矿石制成硬质球团的排放。由于该基于氨的新还原方法通过使用低品位矿石和绕过球团硬化步骤，因此降低了冶炼成本，并将钢铁总排放量减少60%以上。
    （10）明尼苏达大学（约282万美元）：将致力于全电气化的微波氢等离子体工艺以取代高炉技术。该技术将消除传统高炉工艺中与球团化、烧结和炼焦步骤相关的排放。
    （11）内华达大学拉斯维加斯分校（约210万美元）：将开发利用电解沉积法将粉碎的铁矿石转化为纯铁技术。其目标是建立一个实验室规模的叶轮加速反应器（impeller-accelerated reactor），该反应器可以在100小时内保持每小时一公斤生产纯度超过95%的铁。
    （12）犹他大学（约348万美元）：将开发氢还原无熔炼钢（hydrogen-reduction melt-less steelmaking）技术，该方法通过消除传统炼铁和炼钢中的几个高能步骤，并在比传统方法低得多的温度下进行，因此将大幅降低能源消耗。预计该方法将在钢厂产品的生产中减少至少50%的能源使用，在制造近净成形钢构件时减少高达90%的能源使用。
    （13）伍斯特理工学院（约124万美元）：重点研究铁硅电工钢用低碳电解铁粉的生产技术。这项工作可以彻底改变铁的生产，其将取代传统的电热法，同时大大减少能源使用、温室气体排放和成本。

来源：DOE. U.S. Department of energy announces $28 million to decarbonize domestic iron and steel production. 原文链接

文：秦阿宁、赵佳敏（情报中心）