Sắt khử trực tiếp (DRI)

Sắt khử trực tiếp (DRI-Direct Reduced Iron) được sản xuất thông qua một tập hợp các quy trình khử oxit sắt thành sắt kim loại mà không bị nóng chảy, chủ yếu ở nhiệt độ dưới 1.200 °C (2.190 °F). Phương pháp này trái ngược với các kỹ thuật lò cao truyền thống, liên quan đến việc nấu chảy quặng sắt để sản xuất gang. DRI được đặc trưng bởi độ tinh khiết cao và hàm lượng cacbon thấp, phù hợp với lò hồ quang điện (EAF) trong luyện thép

Bối cảnh lịch sử và sự phát triển

Nguồn gốc của các quá trình khử trực tiếp có từ đầu thế kỷ 20, với những phát triển đáng kể xảy ra vào những năm 1960 và 1970. Nhiều phương pháp khác nhau đã được khám phá, bao gồm các quy trình dựa trên khí (ví dụ: Midrex và HYL) và các quy trình dựa trên than (ví dụ: lò quay). Bất chấp sự lạc quan ban đầu về tiềm năng thay thế lò cao của DRI, việc áp dụng nó vẫn còn hạn chế, chiếm chưa đến 5% sản lượng thép toàn cầu trong những năm gần đây

Những thách thức hiện tại trong sản xuất DRI

1. Khả năng kinh tế

Tính khả thi về kinh tế của sản xuất DRI vẫn là một rào cản đáng kể. Chi phí liên quan đến sản xuất hydro xanh, cần thiết cho các quy trình DRI phát thải thấp, hiện đang cao. Nếu không có đủ ưu đãi tài chính hoặc cơ chế định giá carbon, nhiều nhà sản xuất thép có thể gặp khó khăn trong việc chuyển đổi từ các phương pháp truyền thống

2. Yêu cầu về cơ sở hạ tầng

Chuyển đổi sang DRI dựa trên hydro (HDR) đòi hỏi phải đại tu đáng kể cơ sở hạ tầng hiện có. Hầu hết các nhà máy thép đều được đầu tư mạnh vào công nghệ lò cao sử dụng nhiều carbon. Việc điều chỉnh hoặc thay thế cơ sở hạ tầng này vừa tốn kém vừa tốn thời gian

3. Thách thức kỹ thuật

Động học của quá trình khử hydro khác với các phương pháp dựa trên carbon, đòi hỏi các điều kiện tối ưu để chuyển đổi hiệu quả. Các vấn đề như khuếch tán hydro qua quặng sắt và ngăn chặn quá trình tái oxy hóa sắt khử là những thách thức kỹ thuật đáng kể cần được giải quyết để HDR trở thành xu hướng chủ đạo

4. Vấn đề chuỗi cung ứng

Đảm bảo nguồn cung cấp nhất quán quặng sắt chất lượng cao, khử trực tiếp là rất quan trọng đối với khả năng tồn tại của các quy trình DRI. Ngành khai thác mỏ phải thích ứng để đáp ứng nhu cầu mới nổi về sắt xanh, có thể liên quan đến việc mở các mỏ mới hoặc sử dụng các phương pháp khai thác sáng tạo

Con đường tương lai

Bất chấp những thách thức, một số con đường có thể thúc đẩy sự phát triển của DRI:

1. Tiến bộ công nghệ

Nghiên cứu đang diễn ra về sản xuất, lưu trữ và sử dụng hydro có thể giảm chi phí và cải thiện hiệu quả của các quy trình HDR. Những đổi mới trong khoa học vật liệu cũng có thể dẫn đến các chất xúc tác và thiết kế lò phản ứng tốt hơn giúp tăng cường động học khử

2. Tích hợp với năng lượng tái tạo

Khi thế giới chuyển sang các quy định về khí thải nghiêm ngặt hơn, việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo vào sản xuất DRI có thể giảm đáng kể lượng khí thải carbon. Sự thay đổi này có thể cải thiện khả năng kinh tế của HDR khi năng lượng tái tạo trở nên phổ biến hơn và tiết kiệm chi phí

3. Hỗ trợ chính sách

Các chính sách hỗ trợ nhằm giảm lượng khí thải carbon có thể khuyến khích các nhà sản xuất thép áp dụng công nghệ DRI. Việc thiết lập các cơ chế định giá carbon có thể khuyến khích hơn nữa đầu tư vào các hoạt động sản xuất thép phát thải thấp

Kết luận

Sự phát triển của sắt khử trực tiếp đưa ra cả những thách thức đáng kể và cơ hội đầy hứa hẹn trong bối cảnh sản xuất thép bền vững. Giải quyết các rào cản về kinh tế, cơ sở hạ tầng, kỹ thuật và chuỗi cung ứng sẽ là điều cần thiết để hiện thực hóa toàn bộ tiềm năng của nó như một nền tảng của sản xuất thép khử cacbon trong tương lai.