无碳排放炼铁技术的研究

      一项可能改变未来钢铁工业的炼铁工艺--熔融氧化物电解法（MOE）。MOE是一种熔盐电解法，使用该项技术生产铝已有100多年的历史。不过，与电触铝生产不同的是，炼铁新工艺将使用无碳阳极，阳极产生氧气而不是一氧化碳。与传统炼铁工艺不同，这种工艺完全采用无碳材料，从而不会产生CO和CO2，因此，与传统工艺技术相比，有强大的环保优势。氧化铁添加到熔融氧化物电解液中，通过电化学反应，生产铁与氧气。

      使用该工艺获得的初步结果表明，在相对较高的电流密度下，铁可以沉积下来。虽然该工艺本身不会产生CO2，但是，当今大部分发电过程还是存在碳排放问题，因而，在保证铁还原工艺进行所需电能的时候，仍会产生大量的CO2排放。一旦更多无碳排放的发电量所占比例增加，这项技术在生命周期评价中就将更加有利。冶炼设备

      生物燃料在炼铁中的应用

      另一在不久的将来可能获得重大突破的研究领域是使用生物燃料替代目前通常使用的炭石化燃料。这项工程特别引人注目的原因是，生铁生产实现真正净化大气中的CO而不是增加CO排放。这类炭资源就是能够快速长到约21m高的杂交桉树，每7年砍伐一次，每21年重新种植。在桉树的成长阶段，从大气中吸入CO并将其作为生物燃料“储存”起来。树木经砍伐、碳化生产木炭，用来还原氧化铁。一些生物燃料如树叶与小的树枝回到土壤中。尽管在碳化、烧结以及高炉生产过程中碳被释放到空气中，但是碳的释放量小于桉树在光合作用过程中的吸入量。因此，不会像传统生铁生产过程中空气中总碳量增加。在巴西，多年来一直在使用桉树生产木炭用于钢铁生产。在大规模钢铁生产时遇到的挑战将是维持充足的森林产出该项目所需的木炭。年产50万t生铁将需要4万公顷桉树林，但由于以前对森林的滥砍滥伐，巴西法律要求这一数字增加一倍，即必须将等量的森林恢复到初水平，这使所需的桉树林总数量达到超过8万公顷。据估算，这一大面积的森林，每年可净化200万t CO，如果用于生产生铁，则与传统的生铁生产工艺相比，每生产1t生铁，可净化空气中1.1t CO。传统生铁生产工艺吨钢生产将增加释放到空气中的CO 1.9t。

 冶炼设备

      将来还将进行其他类似的项目以确定在高炉等传统的钢铁生产中可以使用多少生物燃料替代焦炭的消耗。过去这方面的研究很少，因此需要花更大的力气。其他方面的研究包括研究绿色能源生产所需的桉树与其他相似植物在目前还不能生长的地区如美国等地区移植的可能性，为可再生炭资源提供更多的机遇。

      生命周期评价在钢铁工业中的应用

      生命周期评价（LCA）是一种具有应用价值的工具，可以帮助钢铁工业评价新工艺与新产品。生命周期评价的理论起源于降低不同生产工艺的成本与排放（即温室气体与CO排放以及能耗）的研究。LCA是指对特定产品设计的整个生命周期中，能源需求与环境影响的评价，考虑产品整个生命周期内的所有评价，包括从地球提取原材料、产品生产、使用、回收（包括回收设计）以及处理。生命周期评价与生命周期总量（LCI）是ISO 14000体系环境管理标准的一部分，代码为ISO 14040到14043，专门描述LCA以及LCI。这些标准的目的是给企业提供降低产品对总体环境影响的一种方法。要进行LCA，必须首先明确包括目的以及期望目标等范围。随后，进行LCI以限定生命周期每一阶段所需的各种输入与输出（即能源、消耗以及资源）。在LCI的基础上，完成了环境影响的分析，考量输入和输出对健康和环境问题的影响。一旦完成对影响的分析评价，就能提出改善措施来估算减少量以及对环境的危害。

      例如，目前对汽车排放的温室气体非常关注。而对汽车排放的讨论，经常集中在汽车寿命周期中的使用阶段，而没有将汽车制造以及报废回收处理过程中产生的温室气体排放量考虑在内。因此，要对汽车的碳排放进行全面的评价，就必须考虑汽车生命的各个阶段。从而，使用生命周期评价技术是材料选择与设计以实现汽车减重的关键，汽车生产工艺过程的变化，如使用铝材替代钢材，可能会以增加材料生产阶段温室气体的排放为代价，来降低使用阶段温室气体排放的上升。

      在LCA中，证明一种产品或工艺优于其他产品或工艺还存在相当大的难度，原因是当使用不同材料时不可能将工艺参数简化到统一标准的程度。LCA的主要目的在于使制造商意识到他们制造的产品将对环境产生影响，从而促使他们改进特定工艺，降低产品对环境的危害。此外，也使消费者具有对哪种工艺保护环境更有效的知情权，因而影响他们选择购买哪种产品。

      美国的一个设计小组在FeMET设计基金的资助下，比较了3种不同材料：铸铝、铸铁与锻钢制造的转向节在整个生命周期对环境的影响。通过对材料生产阶段以及使用阶段所产生温室气体排放统计数据发现，在通常情况下，材料生产与制造过程中产生的温室气体排放明显要比使用阶段多得多。