Reemplazaría energía térmica almacenada en escoria de acero uso de combustibles fósiles
La escoria es el mayor subproducto de residuos de la industria del acero. Podría encontrar un uso: para reducir las emisiones de carbono de la producción de acero.
A partir de este año, los investigadores de energía térmica en el País Vasco de España probarán el uso de escoria como almacenamiento de energía térmica dentro del proceso de fabricación de acero, para reducir el uso de combustibles fósiles para el calor para el mayor productor de acero del mundo, Arcelor Mittal.
La escoria es el subproducto de desechos más ampliamente generado de la industria del hierro y el acero, con aproximadamente 20 millones de toneladas generadas anualmente. Si bien estas pequeñas piedras grises se pueden usar en la construcción de carreteras, gran parte de ellas se desperdician. Pero los materiales cerámicos como este son buenos candidatos para el almacenamiento térmico, en guijarros de escoria de entre 1 y 3 cm. La escoria tiene una capacidad calorífica específica de 810 kJ / kg · K y una densidad de 3980 kg / m3.
“Hemos construido un tanque de almacenamiento de energía térmica de 1MWh en las acerías Arcelor Mittal en Sestao, en España, que comenzará a operar a fines de febrero. Tendremos una idea y obtendremos resultados sobre los recortes de emisiones para julio «, dijo el doctor Dr. Iñigo Ortega-Fernández, doctor en ingeniería, quien presentó los resultados de la investigación inicial del equipo a menor escala en la conferencia SolarPACES en Marruecos, en un documento titulado Validación experimental de escoria de acero como material de almacenamiento de energía térmica en un prototipo de 400 kWht.
La planta de Arcelor Mittal en Sestao en el País Vasco produce casi 2.5 millones de toneladas de acero al año. Pero la industria siderúrgica europea necesita reducir sus emisiones de carbono, porque al igual que otras naciones en la UE, España opera bajo el ETS (sistema de comercio de emisiones). Hay muchas acerías en el País Vasco en España, donde esta investigación se está llevando a cabo a través del centro de investigación de energía CIC Energigune.
«Este es uno de los principales objetivos del gobierno vasco, ayudar a la industria local a contribuir a la economía circular», dijo Ortega. “Algo así como el 20% de la escoria producida en todo el mundo se va a rellenar, por lo que es un material de bajo costo. El costo solo está relacionado con el transporte desde la acería hasta donde está el sistema o la planta de CSP, por lo que su costo es casi cero «.
Cómo las acerías podrían reducir el uso de combustibles fósiles, con almacenamiento de energía térmica
El proceso principal de acería, la fusión de la materia prima, se lleva a cabo en hornos de arco eléctrico. La planta de acero donde se llevará a cabo la demostración tiene dos de estos hornos que funcionan las 24 horas del día y usan electricidad para fundir la chatarra de acero. Antes de ser alimentados a estos hornos, la chatarra de acero se precalienta y, en la configuración actual de la acería, el calor requerido para este proceso se suministra al quemar gas natural.
Pero, en lugar de quemar un combustible fósil para el precalentamiento de chatarra, el equipo de investigación investiga cómo almacenar el calor residual, que sale a más de 1000 ° C del horno de arco eléctrico, en un tanque de almacenamiento de energía térmica de 1MWh lleno de escoria. Luego, más tarde, en lugar de quemar gas natural para el precalentamiento de la siguiente tanda de chatarra de acero, se aprovecha el calor almacenado. Hasta ahora, no se había atribuido ningún valor monetario a este gas residual en la producción de acero.
Para las primeras pruebas, el equipo demostró una tecnología de almacenamiento térmico de vanguardia en las instalaciones de Air Test Loop en CIC Energigune, donde es posible probar los sistemas de almacenamiento térmico a una amplia variedad de velocidades y temperaturas del aire. Si bien la validación se realizó a 400kWht, la prueba de 2019 tendrá el doble de capacidad: 1MWht.
“Estamos 100% seguros de que esta tecnología es compatible con el aire. Lo estamos demostrando en el piloto que estamos construyendo”, dijo Ortega. Si bien cualquier éxito con el almacenamiento de energía térmica en escoria y aire también será aplicable dentro de una planta de CSP, para esta prueba, la tecnología se considera como almacenamiento de calor independiente dentro de una planta de acero, para reducir las emisiones de carbono de la producción de acero.
Como funcionara
Alimentada por gases de escape emitidos a muy alta temperatura, hasta 1000 ° C, la planta de demostración, que incorpora un tanque de almacenamiento de energía térmica a base de escoria de 5 m de altura y 1,5 m de diámetro, sería adyacente al horno de arco eléctrico en el acero. Planta, y mantener el almacenamiento térmico. El calor almacenado se aprovechará cuando sea necesario para precalentar la chatarra, reemplazando el gas natural.
Antes de almacenar este calor, debe transferirse al aire, ya que los gases de escape presentan un alto contenido de polvo y compuestos corrosivos. «Esta es una de las principales ideas de este proceso», explicó. “Estos gases tienen una composición muy dura, por lo que no es fácil transferir su contenido de calor a otro fluido. No es el caso que pueda tomar los gases de un lado de la planta y conducirlos directamente a otro punto. En este sentido, hemos diseñado un intercambiador de calor complejo para transferir el calor al aire atmosférico «.
Este aire caliente circulará a través de los espacios vacíos entre las piedras de escoria para que el calor se transfiera a la escoria, dijo: “El tanque está prácticamente lleno con 65% de partículas de escoria y 35% de aire. El aire circula a través de los huecos dejados por las partículas de escoria de 1 a 3 cm «.
“La escoria puede soportar hasta 1100 ° C antes de fundirse, pero considerando el material de construcción de acero del tanque, estamos limitando esta aplicación a 800 ° C, que no es tan alta como algunos otros proyectos de I + D de partículas, porque a temperaturas más altas «El acero del tanque sufre de tensiones mecánicas», agregó.
CSP también podría usar escoria como material de almacenamiento térmico
Las plantas de energía solar concentrada (CSP) utilizan el almacenamiento de energía térmica para suministrar energía solar después de la oscuridad IMAGE@news.cn
El almacenamiento de energía térmica es un componente crucial en un futuro de energía 100% limpia porque permite la energía solar nocturna en una planta de CSP. Si la prueba es exitosa, indicará que las partículas de escoria también podrían usarse como medios de almacenamiento en la torre CSP, con aire como fluido de transferencia de calor.
El almacenamiento térmico en partículas, utilizando aire para la transferencia de calor, es una de las vías de investigación que está explorando una red de investigadores internacionales de energía solar térmica, por su potencial para reducir aún más los costos de la tecnología de torre de Energía Solar Concentrada (CSP).
El interés de la investigación en los sistemas de almacenamiento de calor de lecho empacado, con aire como transferencia de calor, es que permite el uso de un solo tanque para el almacenamiento de calor, en lugar de un tanque separado de frío y calor, como en los actuales sistemas de sales fundidas, lo que reduce los costos. Las partículas se calientan desde la parte superior del tanque por el aire caliente en un proceso continuo, por lo que el material más caliente está siempre en la parte superior del tanque y la parte más fría en la parte inferior.
Hay dos razones principales para considerar la escoria como una solución de almacenamiento rentable, señaló: “Una es el costo del material. Es casi cero. En segundo lugar, permite pasar de una tecnología de doble tanque a un sistema de un solo tanque. Por lo tanto, se evita tanto la construcción de un tanque, como su material de almacenamiento. Ambos aspectos tienen una reducción de costos implícita «.
Siguiente: ¿El almacenamiento térmico en la escoria podría reducir el uso de energía fósil en otras industrias que requieren calor?
Para julio, la prueba debe mostrar si esta tecnología puede funcionar y analizar cuánto puede reducir las emisiones de CO2 del acero. «Comenzamos este proyecto para ver si podremos reducir el uso de combustibles fósiles hasta en un 80%», dijo. «Una vez que comencemos, podremos evaluar eso. Tendremos números reales al final de la campaña de prueba en julio «.
El ensayo está financiado por la Comisión Europea (REslag – 642067) porque el almacenamiento de energía térmica independiente con escoria tiene el potencial de reducir el uso de combustibles fósiles no solo en la propia industria del acero, sino también en otras industrias pesadas que necesitan calor a alta temperatura, como la fabricación de cemento. Ortega concluyó: “El objetivo principal es demostrar que esta tecnología (lecho empacado a base de escoria) funciona a nivel industrial. Los próximos pasos serán introducir esta tecnología también en otros sectores”.
ReportAcero
