इस्पात उद्योग को साफ करने का एक नया तरीका
स्टील बनाना एक गंदा व्यवसाय है। इसके प्रत्येक टन के लिए लगभग 1.8 टन कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) वायुमंडल में उत्सर्जित होती है। नतीजतन, स्टीलमेकिंग दुनिया के मानवजनित ग्रीनहाउस-गैस उत्सर्जन का 7-9% हिस्सा है।
स्टील के उत्पादन के स्वच्छ तरीके तलाशे जा रहे हैं। अधिकतर, ये अभिकर्मक के रूप में कोक के बजाय हाइड्रोजन के उपयोग पर आधारित होते हैं जो लौह-ऑक्साइड अयस्क से ऑक्सीजन को निकालते हैं। लेकिन अधिकांश प्रासंगिक तकनीक अपनी प्रारंभिक अवस्था में है। कि, पुराने से नए उपकरण में बदलने की लागत के साथ, जो प्रति संयंत्र कई बिलियन डॉलर तक हो सकता है, इसका मतलब है कि स्टील निर्माताओं को पर्यावरण अनुकूल होने में दशकों लग सकते हैं।
ब्रिटेन में बर्मिंघम विश्वविद्यालय के यूलोंग डिंग और हैरियट किल्डहल, हालांकि, कुछ ऐसा लेकर आए हैं जो उन्हें लगता है कि चीजें बदल सकती हैं। उन्होंने एक ऐसी प्रक्रिया विकसित की है जिसे मौजूदा संयंत्रों में जल्दी और सस्ते में फिट किया जा सकता है, और इससे उनके उत्सर्जन में लगभग 90% की कमी आएगी। स्टील निर्माता उनसे पांच साल के भीतर एक प्रदर्शन संस्करण तैयार करने और चलाने के बारे में बात कर रहे हैं।
डॉ. डिंग और किल्डाल ने अधिकांश कोक को बदलने के लिए एक बंद-लूप कार्बन-रीसाइक्लिंग प्रणाली को नियोजित करने का प्रस्ताव दिया। फिलहाल, कोक और अयस्क को एक टावर जैसी ब्लास्ट फर्नेस के अंदर वैकल्पिक परतों में पैक किया जाता है और जैसा कि नाम से पता चलता है, हवा के साथ ब्लास्ट किया जाता है जिसे 1,200 डिग्री सेल्सियस से अधिक गर्म किया जाता है। इस तापमान पर कोक में कार्बन हवा में ऑक्सीजन के साथ कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) उत्पन्न करने के लिए प्रतिक्रिया करता है। यह गैस तब अयस्क में ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करती है, लोहे को कम करने वाली प्रक्रिया में मुक्त करती है। शामिल विभिन्न प्रतिक्रियाओं से गर्मी भट्ठी के तापमान को लोहे के पिघलने बिंदु (1,538 डिग्री सेल्सियस) से ऊपर धकेलती है, और परिणामी तरल धातु टॉवर के नीचे से बाहर निकल जाती है। इस बीच, इंजेक्ट की गई हवा से अवशिष्ट नाइट्रोजन सहित CO2 और अन्य गैसें (जो 21% ऑक्सीजन और 78% नाइट्रोजन के रूप में शुरू होती हैं), ऊपर से निकाली जाती हैं।
संशोधन Drs डिंग और किल्डाल प्रस्तावित करते हैं (आरेख देखें) CO को सीधे ब्लास्ट फर्नेस में पम्प करके लूप से कोक को काटते हैं। चतुर बिट वह है जहां से यह गैस आती है। इसे भट्टी में उत्पादित CO2 को कैप्चर करके और इसे CO और ऑक्सीजन में विभाजित करके पुनर्चक्रित करके बनाया जाता है। इस प्रकार छोड़ी गई ऑक्सीजन को स्टीलमेकिंग प्रक्रिया के दूसरे भाग में इस्तेमाल किया जा सकता है, जिसमें उस गैस को पिघले हुए लोहे के माध्यम से एक अलग तरह से डिज़ाइन की गई भट्टी में उड़ाया जाता है, ताकि अब उसमें घुले कार्बन के हिस्से को जलाया जा सके और इष्टतम अनुपात पर पहुँचा जा सके। आवश्यक स्टील के प्रकार को बनाने के लिए आयरन से कार्बन।
यह सब क्या संभव बनाता है एक पेरोसाइट नामक एक पेचीदा सामग्री है। यह पुनर्चक्रण प्रणाली के केंद्र में एक प्रतिक्रिया कक्ष में स्थित है। मूल पेरोव्स्काइट 1839 में रूस में यूराल पहाड़ों में खोजा गया एक खनिज था, और उस देश के एक खनिज विज्ञानी काउंट लेव पेरोव्स्की के नाम पर रखा गया था। सामग्री के एक समूह को संदर्भित करने के लिए नाम को अब सामान्यीकृत किया गया है जो इस खनिज की विशिष्ट क्रिस्टल संरचना को आवश्यक रूप से इसकी रासायनिक संरचना को साझा किए बिना साझा करता है।
शोधकर्ता पेरोव्स्काइट्स के लिए विभिन्न प्रकार की भूमिकाएं ढूंढ रहे हैं। बनाने में एक प्रकार का प्रयोग किया जाता है सौर पेनल्स अधिक कुशल। दूसरा उत्पादन कर सकता है फोन स्क्रीन जो लगभग अटूट हैं। आगे के संस्करण ईंधन कोशिकाओं और अन्य स्वच्छ-ऊर्जा प्रणालियों में कार्यरत हैं। Drs Ding और Kildahl ने बेरियम कार्बोनेट, कैल्शियम कार्बोनेट, नाइओबियम ऑक्साइड और आयरन ऑक्साइड को पीसकर, परिणामी पाउडर को मिलाकर, और फिर मिश्रण को ओवन में पकाकर अपना संस्करण बनाया। परिणाम Ba2Ca0.66Nb0.34FeO6 (BCNF1, अपने दोस्तों के लिए) है।
जब पुनर्चक्रण प्रणाली प्रतिक्रिया कक्ष के माध्यम से CO2 को पंप करती है, तो BCNF1 गैस से ऑक्सीजन परमाणुओं को पकड़ लेता है और CO को पीछे छोड़ते हुए उन्हें अपनी क्रिस्टलीय संरचना में अवशोषित कर लेता है। हालांकि, यह हमेशा के लिए नहीं चल सकता है। लगभग एक दिन के बाद, BCNF1 ऑक्सीजन परमाणुओं से संतृप्त हो जाता है, और इसलिए इसे फिर से जीवंत करना पड़ता है।
यह ब्लास्ट फर्नेस से उत्सर्जित नाइट्रोजन को लेकर प्रतिक्रिया कक्ष के माध्यम से पंप करके काम करता है। यह कक्ष के अंदर कम ऑक्सीजन वाला वातावरण बनाता है, जिससे बीसीएनएफ1 को अपनी ऑक्सीजन छोड़ने के लिए प्रोत्साहित किया जाता है। जब ऑक्सीजन का उपयोग स्टील बनाने के लिए किया जाता है, तो वह भी कार्बन डाइऑक्साइड का उत्सर्जन करती है। लेकिन यह भी प्रतिक्रिया कक्ष के माध्यम से पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है।
गोल घेरे में
चीजों को कुशल बनाने की चाल दो प्रतिक्रिया कक्षों को सिस्टम में गिराना है। एक का उपयोग सीओ बनाने के लिए किया जा सकता है जबकि दूसरा कायाकल्प और ऑक्सीजन का उत्पादन कर रहा है। एक दिन के बाद, उनकी भूमिकाओं को उलट दिया जाता है, जिससे चौबीसों घंटे संचालन की अनुमति मिलती है। डॉ किल्डाल कहते हैं, बीसीएनएफ 1 के किसी भी गिरावट के बिना इस विचार का प्रयोगशाला में सफलतापूर्वक परीक्षण किया गया है। “सिस्टम का वह हिस्सा काम करता है,” उसने आगे कहा। “इसे केवल स्केल करने की आवश्यकता है।”
ट्रायल प्लांट पर काम शुरू करने के लिए कुछ बाधाओं को पार करना होगा। एक यह है कि लोहे को कम करने की प्रक्रिया के लिए सीओ का एक स्रोत होने के अलावा, कोक ब्लास्ट फर्नेस में अयस्क के लिए एक संरचनात्मक समर्थन भी प्रदान करता है, जिससे गैस इसके माध्यम से ऊपर उठती है और पिघला हुआ लोहा नीचे प्रवाहित होता है, इसलिए कुछ है अभी भी आवश्यक है। टीम के पास एक विचार सिरेमिक सामग्री का उपयोग करके इस समर्थन को दोहराने का है।
विज्ञान इस प्रकार आशाजनक दिखता है। लेकिन संख्याओं का क्या? उनका मूल्यांकन करने के लिए, शोधकर्ताओं ने ब्रिटेन के इस्पात उद्योग को देखा, जो एक वर्ष में लगभग 7.6 मिलियन टन सामान बनाता है। दो कंपनियां, टाटा स्टील और ब्रिटिश स्टील, क्रमशः पोर्ट टैलबोट और स्कन्थोरपे में अपने संयंत्रों में ब्लास्ट फर्नेस के पारंपरिक दृष्टिकोण के बाद ऑक्सीजन फर्नेस का उपयोग करके 3m टन का उत्पादन करती हैं। यह क्षेत्र के ब्रिटिश उत्सर्जन का 94% हिस्सा है। शेष इलेक्ट्रिक-आर्क भट्टियों से आता है, जो मुख्य रूप से स्क्रैप स्टील का उपयोग करते हैं और इसे नवीकरणीय बिजली पर चलाया जा सकता है।
पोर्ट टैलबोट और स्कन्थोरपे संयंत्रों को प्रत्येक £360m ($435m) की लागत से BCNF1 का उपयोग करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, टीम ने जर्नल ऑफ़ क्लीनर प्रोडक्शन में हाल के एक पेपर में गणना की है। इसमें से £210m प्रत्येक संयंत्र के लिए आवश्यक 42,500 टन पेरोसाइट के लिए भुगतान करेगा। उस सामग्री को हर पांच से दस साल में बदलना पड़ सकता है। हालांकि, शोधकर्ताओं का अनुमान है कि अर्जित होने वाले हरित लाभों के अलावा, प्रारंभिक निवेश को 22 महीनों में प्रक्रिया से महंगे मेटलर्जिकल कोक को हटाकर और किसी भी ऑक्सीजन को बेचने से चुकाया जाएगा जो आवश्यकताओं के लिए अधिशेष था।
यहां तक कि बिजली की खपत में थोड़ी सी वृद्धि की अनुमति देकर, दोनों साइटों पर प्रणाली को लागू करने से लगभग पांच वर्षों के दौरान £1.3 बिलियन की बचत होगी। वहाँ भी, शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला, कार्बन-डाइऑक्साइड उत्सर्जन में 88% की कमी होगी, जिसके परिणामस्वरूप 2.9% के समग्र उत्सर्जन में देशव्यापी गिरावट आएगी।
कोक को हाइड्रोजन के साथ बदलने की बात अयस्क को इस तरह से कम करना होगा जिससे CO2 के बजाय पानी बनाया जा सके, इस प्रकार जलवायु-वार्मिंग उत्सर्जन को समाप्त किया जा सके। इसके अलावा, पानी को विद्युत अपघटित करने के लिए नवीकरणीय बिजली का उपयोग करके, हाइड्रोजन को स्थायी रूप से उत्पादित किया जा सकता है। लेकिन हरित हाइड्रोजन बनाने, भंडारण और परिवहन के लिए आवश्यक बुनियादी ढांचा अभी तक मौजूद नहीं है। और बॉयलर के लिए ईंधन के रूप में प्राकृतिक गैस के प्रतिस्थापन के रूप में और हरित विमानन ईंधन के उत्पादन सहित गैस के लिए प्रतिस्पर्धी मांगें हैं। तो डॉ डिंग और डॉ किल्डहल का प्रस्ताव एक गंभीर विकल्प की तरह दिखता है।
अधिक काम को देखते हुए, बीसीएनएफ1 के लिए ब्लास्ट फर्नेस में सभी कोक को बदलना संभव हो सकता है, उत्सर्जन को शून्य के करीब कम करना, डॉ डिंग का मानना है। यदि स्टील निर्माताओं के साथ वार्ता सफल होती है और एक परीक्षण संयंत्र बनाया जाता है, तो अगला कदम यह देखना है कि सिस्टम इसके लायक साबित होता है या नहीं। यदि ऐसा होता है, तो एक जिज्ञासु क्रिस्टल ग्रीन हाइड्रोजन को उसके पैसे के लिए एक गंभीर दौड़ देना शुरू कर देगा।
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