Исследователи из Корейского института энергетических исследований (KIER) под руководством доктора Хукюнг Ли разработали технологию электрифицированной термообработки, которая заменяет ископаемое топливо электричеством в процессе термообработки металлов, используемом при производстве оцинкованной стальной полосы для автомобилей и бытовой техники.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Applied Thermal Engineering.

Ожидается, что эта технология найдет широкое применение в энергоемких отраслях промышленности, таких как металлургия, способствуя декарбонизации промышленных процессов.

Правительство активизировало усилия по декарбонизации промышленных процессов, включая электрификацию производственных процессов, в стремлении к достижению национальных целей по сокращению выбросов парниковых газов к 2035 году. В результате энергоемкие отрасли, такие как металлургия, испытывают все большее давление с целью внедрения технологий электрифицированного отопления.

Оцинкованные стальные полосы производятся на линии непрерывного цинкования (ЛНК), в которой стальные листы непрерывно подаются через ванну с расплавленным цинком для нанесения покрытия. В ходе этого процесса стальные полосы подвергаются отжигу — термической обработке, включающей контролируемый нагрев и охлаждение, — для повышения пластичности и формуемости при последующей обработке.

Обычно тепло для печи отжига обеспечивается сжиганием ископаемого топлива, такого как природный газ.

В результате этот процесс неизбежно приводит к выбросу большого количества парниковых газов, включая углекислый газ и оксиды азота. Фактически, выбросы углекислого газа от сталелитейной промышленности, включая процессы производства цинка, составляют приблизительно 15% от общего объема национальных выбросов Кореи.

Для решения этой задачи исследовательская группа разработала « систему отжига без использования углерода », которая работает исключительно на электричестве, заменив горелки обычных печей для отжига на основе сжигания топлива электрическими нагревательными элементами.

При тестировании в условиях, максимально приближенных к производственным процессам, технология успешно снизила концентрацию углекислого газа и оксидов азота в выхлопных газах более чем на 98%.

В основе новой разработанной системы лежит технология проектирования печи. Исследовательская группа сохранила огнеупорную конструкцию и механизм подачи стальной полосы традиционных печей для отжига на основе сжигания топлива, заменив горелки электрическими нагревательными элементами, установленными как в верхней, так и в нижней частях печи.

Кроме того, благодаря точному расчету расстояния между нагревательными элементами и стальной полосой, система обеспечивает быстрый и равномерный нагрев за счет высокотемпературного лучистого тепла, минимизируя при этом потери тепла через стенки печи.

Применение разработанной системы для отжига стальных полос толщиной 0,49 миллиметра при температуре 750 °C подтвердило, что цвет, микроструктура и механические свойства стальных полос эквивалентны тем, которые достигаются при использовании обычных печей для отжига на основе сжигания топлива.

Напротив, выбросы диоксида углерода и оксидов азота сократились более чем на 98% по сравнению с процессами, основанными на сжигании. Эти результаты показывают, что при соответствующей конструкции оборудования и условиях эксплуатации выбросы углерода могут быть значительно сокращены при сохранении того же уровня производительности и качества продукции.

В частности, электрическая печь для отжига может работать без систем подачи топлива и воздуха, горелок и выхлопных систем, необходимых для традиционных печей, работающих на сжигании топлива, что позволяет снизить капитальные затраты и занимаемую площадь примерно на 40%.

Более того, при использовании возобновляемой электроэнергии, такой как энергия ветра и солнца, система может обеспечить действительно безуглеродный процесс термообработки, что делает ее весьма эффективной в соблюдении глобальных экологических норм, включая механизмы корректировки углеродных границ.

Доктор Хукюнг Ли, главный исследователь этого исследования, заявил: «Эта демонстрация — первый в мире случай, показывающий, что экологически чистое отопление может быть достигнуто простым способом: заменой горелок электрическими нагревательными элементами».

Он добавил: «В дальнейшем мы планируем расширить технологию до системы проектирования и управления на основе искусственного интеллекта, которая будет автоматически рекомендовать оптимальные конфигурации нагревательных элементов в зависимости от ширины, толщины стальной полосы и скорости транспортировки, в конечном итоге превратив ее в готовое к экспорту решение для безуглеродного нагрева, которое будет представлено в рамках коммерческих демонстраций на отечественных сталелитейных предприятиях и зарубежных рынках».