Neues Verfahren zur Eisenherstellung könnte CO2-Emissionen senken

xguru · 2024-02-11T10:02:01+09:00

Eisen ist der Hauptbestandteil von Stahl, belastet die Erdatmosphäre und verursacht 8 % der weltweiten Treibhausgasemissionen Chemiker haben ein Verfahren entwickelt, das die Eisenproduktion deutlich umweltfreundlicher machen könnte Das Verfahren nutzt Strom, um Eisenerz und Salzwasser in metallisches Eisen und andere industriell nützliche Chemikalien umzuwandeln. Es ist kosteneffizient, funktioniert gut mit Strom aus Wind- und Solarenergie und könnte sogar CO2-negativ sein, also mehr Kohlendioxid (CO2) verbrauchen als erzeugen Gewinnung von Eisen und ein neuer Ansatz Eisen ist eines der häufigsten Elemente auf der Erde, liegt in der Natur jedoch an Sauerstoff gebunden in verschiedenen Mineralien vor, aus denen Eisenerz besteht Um metallisches Eisen zu gewinnen, wird Eisenerz üblicherweise mit kohlenstoffreicher Kohle, dem sogenannten Koks, vermischt und bei hohen Temperaturen von etwa 1500 °C erhitzt Dabei entfernen Kohlenstoffatome die Sauerstoffatome aus dem Eisen, setzen CO2 in die Atmosphäre frei und hinterlassen geschmolzenes Metall Stahlhersteller kombinieren dieses Eisen anschließend mit kleinen Mengen Kohlenstoff und anderen Spurenelementen zu Stahl Probleme der Eisen- und Stahlherstellung Diese Methode zur Herstellung von Eisen und Stahl ist günstig und bewährt, stößt aber erhebliche Mengen an CO2 aus Jedes Jahr werden 2,5 Milliarden Tonnen Eisen abgebaut, und der Prozess, es zu metallischem Eisen zu reduzieren, verursacht so viel CO2 wie die Abgase aller Pkw zusammen Daher suchen Wissenschaftler nach wirtschaftlich tragfähigen Verfahren zur Herstellung von metallischem Eisen, die keine Treibhausgase erzeugen Ein neuer elektrochemischer Ansatz zur Reinigung von Eisen Der Chemieingenieur Paul Kempler von der University of Oregon und seine Kollegen fragten sich, ob sich ein industrieller Prozess zur Herstellung von Chlor aus Salzwasser für die Eisenproduktion wiederverwenden ließe In diesem Chloralkali-Verfahren wird natriumchloridhaltiges Wasser in eine elektrochemische Zelle gegeben. An der Anode werden Chloridionen Elektronen entzogen und Chlorgas erzeugt, während an der Kathode Elektronen Wassermoleküle spalten und mit Natriumionen Natriumhydroxid und Wasserstoffgas bilden Zur Raffination von Eisen fügte Kemplers Team Partikel aus Eisenoxid an der Kathode hinzu. Dadurch lösen die Elektronen Sauerstoffatome aus dem Eisenoxid, bilden Natriumhydroxid und hinterlassen festes metallisches Eisen Effizienz und potenzielle Vorteile des neuen Verfahrens Der Prozess ist sehr effizient, und die Forscher schätzen, dass durch den Verkauf von Chlor und einem Teil des Natriumhydroxids zu aktuellen Marktpreisen Eisen zu ungefähr denselben Kosten produziert werden könnte wie in einem Hochofen Da Natriumhydroxid CO2 binden und in kohlenstoffbasierte Mineralien umwandeln kann, könnte das Verfahren zur CO2-Abscheidung beitragen und CO2-negativ sein Herausforderungen und Ausblick für die industrielle Anwendung Zwischen Laborversuchen und industrieller Umsetzung liegt noch ein weiter Weg, und bei der Skalierung der Technologie sind noch Probleme zu lösen. Der Aufbau der Oregon-Gruppe erzeugt fast ebenso viel Chlorgas wie Eisen. Chlorgas hat zwar viele industrielle Anwendungen, doch die Mengen, die in einer skalierten Version des neuen Verfahrens anfallen würden, könnten den Bedarf übersteigen und Umweltverschmutzung verursachen. Außerdem muss das eingesetzte Eisenoxid sauber und frei von den Verunreinigungen sein, die in den meisten Erzen vorkommen, weshalb die Reinigung teuer werden könnte Kempler räumt ein, dass diese Bedenken berechtigt sind, weist jedoch darauf hin, dass eine Skalierung im Einklang mit dem industriellen Bedarf an Chlorgas dennoch jedes Jahr die Produktion von zig Millionen Tonnen CO2-freiem Eisen und Chlor ermöglichen könnte Was die Reinigung von Eisenoxid betrifft, ist bekannt, dass Natriumhydroxid an Spurverunreinigungen im Eisenerz bindet. Ein Teil davon könnte daher genutzt werden, um Eisenoxid vor dem Einsatz im Reaktor zu reinigen; dies wird derzeit im Rahmen des Projekts getestet

(science.org)

4 Punkte von xguru 2024-02-11 | 5 Kommentare | Auf WhatsApp teilen

Eisen ist der Hauptbestandteil von Stahl, belastet die Erdatmosphäre und verursacht 8 % der weltweiten Treibhausgasemissionen
Chemiker haben ein Verfahren entwickelt, das die Eisenproduktion deutlich umweltfreundlicher machen könnte
Das Verfahren nutzt Strom, um Eisenerz und Salzwasser in metallisches Eisen und andere industriell nützliche Chemikalien umzuwandeln. Es ist kosteneffizient, funktioniert gut mit Strom aus Wind- und Solarenergie und könnte sogar CO2-negativ sein, also mehr Kohlendioxid (CO2) verbrauchen als erzeugen

Gewinnung von Eisen und ein neuer Ansatz

Eisen ist eines der häufigsten Elemente auf der Erde, liegt in der Natur jedoch an Sauerstoff gebunden in verschiedenen Mineralien vor, aus denen Eisenerz besteht
Um metallisches Eisen zu gewinnen, wird Eisenerz üblicherweise mit kohlenstoffreicher Kohle, dem sogenannten Koks, vermischt und bei hohen Temperaturen von etwa 1500 °C erhitzt
Dabei entfernen Kohlenstoffatome die Sauerstoffatome aus dem Eisen, setzen CO2 in die Atmosphäre frei und hinterlassen geschmolzenes Metall
Stahlhersteller kombinieren dieses Eisen anschließend mit kleinen Mengen Kohlenstoff und anderen Spurenelementen zu Stahl

Probleme der Eisen- und Stahlherstellung

Diese Methode zur Herstellung von Eisen und Stahl ist günstig und bewährt, stößt aber erhebliche Mengen an CO2 aus
Jedes Jahr werden 2,5 Milliarden Tonnen Eisen abgebaut, und der Prozess, es zu metallischem Eisen zu reduzieren, verursacht so viel CO2 wie die Abgase aller Pkw zusammen
Daher suchen Wissenschaftler nach wirtschaftlich tragfähigen Verfahren zur Herstellung von metallischem Eisen, die keine Treibhausgase erzeugen

Ein neuer elektrochemischer Ansatz zur Reinigung von Eisen

Der Chemieingenieur Paul Kempler von der University of Oregon und seine Kollegen fragten sich, ob sich ein industrieller Prozess zur Herstellung von Chlor aus Salzwasser für die Eisenproduktion wiederverwenden ließe
In diesem Chloralkali-Verfahren wird natriumchloridhaltiges Wasser in eine elektrochemische Zelle gegeben. An der Anode werden Chloridionen Elektronen entzogen und Chlorgas erzeugt, während an der Kathode Elektronen Wassermoleküle spalten und mit Natriumionen Natriumhydroxid und Wasserstoffgas bilden
Zur Raffination von Eisen fügte Kemplers Team Partikel aus Eisenoxid an der Kathode hinzu. Dadurch lösen die Elektronen Sauerstoffatome aus dem Eisenoxid, bilden Natriumhydroxid und hinterlassen festes metallisches Eisen

Effizienz und potenzielle Vorteile des neuen Verfahrens

Der Prozess ist sehr effizient, und die Forscher schätzen, dass durch den Verkauf von Chlor und einem Teil des Natriumhydroxids zu aktuellen Marktpreisen Eisen zu ungefähr denselben Kosten produziert werden könnte wie in einem Hochofen
Da Natriumhydroxid CO2 binden und in kohlenstoffbasierte Mineralien umwandeln kann, könnte das Verfahren zur CO2-Abscheidung beitragen und CO2-negativ sein

Herausforderungen und Ausblick für die industrielle Anwendung

Zwischen Laborversuchen und industrieller Umsetzung liegt noch ein weiter Weg, und bei der Skalierung der Technologie sind noch Probleme zu lösen.
Der Aufbau der Oregon-Gruppe erzeugt fast ebenso viel Chlorgas wie Eisen. Chlorgas hat zwar viele industrielle Anwendungen, doch die Mengen, die in einer skalierten Version des neuen Verfahrens anfallen würden, könnten den Bedarf übersteigen und Umweltverschmutzung verursachen.
Außerdem muss das eingesetzte Eisenoxid sauber und frei von den Verunreinigungen sein, die in den meisten Erzen vorkommen, weshalb die Reinigung teuer werden könnte
Kempler räumt ein, dass diese Bedenken berechtigt sind, weist jedoch darauf hin, dass eine Skalierung im Einklang mit dem industriellen Bedarf an Chlorgas dennoch jedes Jahr die Produktion von zig Millionen Tonnen CO2-freiem Eisen und Chlor ermöglichen könnte
Was die Reinigung von Eisenoxid betrifft, ist bekannt, dass Natriumhydroxid an Spurverunreinigungen im Eisenerz bindet. Ein Teil davon könnte daher genutzt werden, um Eisenoxid vor dem Einsatz im Reaktor zu reinigen; dies wird derzeit im Rahmen des Projekts getestet

5 Kommentare

rich8485 2024-02-11

Die bringen einen echt dazu, sich anzumelden ...
PR-Geblubber in allen Varianten.
Ändert sich das Wesentliche, nur weil man ein einziges Wort austauscht?
Passt gut zu Strom aus Solar- und Windkraft? Haha.
Ach komm, was ist das denn für ein Super-Ultra-Strom? Meine Güte ... Ich verstehe ja, dass man erneuerbare Energien zwanghaft als umweltfreundlich darstellen will ... aber ist das am Ende nicht bloß Selbstbeweihräucherung?

constexprif 2024-02-13

Auch wenn Solar- und Windenergie nicht die Antwort sind: Wenn wirklich superultrasauberer Strom herauskommt, wäre das tatsächlich umweltfreundlich.

halfenif 2024-02-11

Aus der Perspektive, dass ich derzeit an einem IT-Projekt arbeite, das sehr lose mit „CO2-Neutralität 2050“ verbunden ist, finde ich das sehr interessant.

Ich hatte gedacht, dass CO2-Emissionen oder die Stahlproduktion nur sehr wenig mit meiner IT-Arbeit zu tun haben würden … aber wenn man sich die Gesamtaspekte des Projekts tatsächlich ansieht, scheint es immer mehr Projekte zu geben, die wegen Themen rund um CO2-Emissionen gestartet werden.

xguru 2024-02-11

Hacker-News-Meinungen

Aus der Perspektive eines Factorio-Spielers
- Wenn man die Eisenproduktion auf elektrische Schmelzöfen umstellt, kann man die Verschmutzung reduzieren und außerdem Förderbänder für den Kohletransport einsparen.
- Die Nutzung von Solarpanels ist eine gute Wahl.
Meinung zum Chloralkali-Verfahren
- Das Chloralkali-Verfahren erzeugt Dioxine und polychlorierte Verbindungen, die mehr als 80 % des toxischen Abfalls ausmachen.
- Die Umstellung der Eisenverhüttung auf Elektrolyse scheint kein Allheilmittel zu sein.
- Diese Forschung könnte jedoch für die Reduktion anderer Metalle zu ihren Elementen nützlich sein, nicht für Massenmetalle.
Meinung zur Stahlproduktion in Großbritannien
- Großbritannien tut so, als verursache es keine CO2-Emissionen, indem es die eigene Stahlproduktion einstellt und stattdessen importiert.
Perspektive auf die Stahlherstellung mit Strom
- Wüstenregionen mit reichlich Solarenergie, etwa Nordafrika oder der Nahe Osten, sind optimale Standorte für die Stahlherstellung.
Eindruck von der Forschung zur Eisengewinnung aus toxischen Nebenprodukten der Aluminiumverhüttung
- Beeindruckend ist die Forschung zu einer kosteneffizienten Methode, um Rotschlamm, ein toxisches Nebenprodukt der Aluminiumverhüttung, in wertvolles Eisen umzuwandeln.
Hinweis auf Deutschlands Vorstoß bei „grünem Stahl“
- Deutschland treibt „grünen Stahl“ derzeit sehr aktiv voran.
Episode über die Herstellung von kohlenstoffnegativem Portlandzement
- Eine Episode über die Herstellung von kohlenstoffnegativem Portlandzement für den Bau ist interessant.
Hinweis auf Prozessverbesserungen des Unternehmens Helios Space
- Es gibt ein Unternehmen namens Helios Space, das durch die Zugabe von Natrium mehrere Probleme gelöst hat; diese Methode könnte auch auf die Raffination anderer Elemente anwendbar sein.
Vorschlag zu Säure-Base-Flow-Batterien
- Es stellt sich die Frage, ob es möglich ist, mit HCL und NAOH während Spitzenzeiten eine Säure-Base-Flow-Batterie zu betreiben.
- Die Effizienz könnte gering sein, weil Wasserstoff durch Elektrolyse erzeugt werden muss.
Kritische Sicht auf wirtschaftliche Behauptungen
- Im Peer Review werden experimentelle Methoden und Datenanalyse geprüft, wirtschaftliche Behauptungen jedoch nicht.
- Die Notwendigkeit einer groß angelegten Produktion von Chlorgas (hochtoxisch) und von Eisenerz mit sehr hoher Reinheit sowie die fehlende Berücksichtigung der Reinigungskosten bleiben außer Acht.