I ricercatori del Korea Institute of Energy Research hanno sostituito i combustibili fossili con l’elettricità nel processo di trattamento termico dei metalli utilizzati nella produzione di nastri di acciaio zincato per automobili ed elettrodomestici.
Gli scienziati del Korea Institute of Energy Research (KIER) hanno sviluppato una tecnologia che sostituisce i combustibili fossili con l’elettricità nel processo di trattamento termico dei metalli usati nella produzione di nastri di acciaio zincato per automobili ed elettrodomestici. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Applied Thermal Engineering. La tecnologia dovrebbe diventare ampiamente applicabile in settori ad alta intensità energetica come la siderurgia, supportando la decarbonizzazione dei processi industriali.
I nastri di acciaio zincato vengono prodotti attraverso un processo di zincatura continua (CGL, Continuous Galvanizing Line), in cui le lamiere di acciaio vengono alimentate in continuo attraverso un bagno di zinco fuso per il rivestimento. Durante questo processo, le strisce di acciaio vengono sottoposte a ricottura, una fase di trattamento termico che prevede riscaldamento e raffreddamento controllati, per migliorarne la duttilità e la formabilità per le lavorazioni successive. Il calore per il forno di ricottura viene tradizionalmente fornito bruciando combustibili fossili come il gas naturale. Di conseguenza, il processo emette inevitabilmente grandi quantità di gas serra, tra cui anidride carbonica e ossidi di azoto. Infatti, le emissioni di anidride carbonica dell’industria siderurgica, compresi i processi di produzione dello zinco, rappresentano circa il 15 percento delle emissioni nazionali totali della Corea.
Un sistema di ricottura a zero emissioni
Per affrontare questa sfida, il team di ricerca, guidato da Hookyung Lee, ha sviluppato un “sistema di ricottura a zero emissioni di carbonio” che funziona esclusivamente con energia elettrica, sostituendo i bruciatori dei forni di ricottura convenzionali a combustione con elementi riscaldanti elettrici. Testata in condizioni molto simili a quelle dei processi di produzione commerciale, la tecnologia ha ridotto con successo le concentrazioni di anidride carbonica e ossidi di azoto nei gas di scarico di oltre il 98 percento.
Il cuore del sistema di nuova concezione risiede nella tecnologia di progettazione del forno. Gli scienziati del KIER hanno mantenuto la struttura refrattaria e il meccanismo di trasporto dei nastri di acciaio dei forni di ricottura convenzionali a combustione, sostituendo i bruciatori con elementi riscaldanti elettrici installati sia nella sezione superiore che in quella inferiore del forno. Inoltre, progettando con precisione la distanza tra gli elementi riscaldanti e il nastro di acciaio, il sistema consente un riscaldamento rapido e uniforme tramite calore radiante ad alta temperatura, riducendo al minimo la dispersione di calore verso le pareti del forno.
Applicando il sistema alla ricottura di nastri di acciaio con uno spessore di 0,49 millimetri a 750 °C, i risultati hanno confermato che il colore, la microstruttura e le proprietà meccaniche dei nastri di acciaio erano equivalenti a quelli ottenuti utilizzando i forni di ricottura convenzionali a combustione. Parallelamente, le emissioni di anidride carbonica e ossidi di azoto sono state ridotte di oltre il 98 percento rispetto ai processi basati sulla combustione.
Questi risultati dimostrano che, con un’adeguata progettazione delle apparecchiature e condizioni operative, le emissioni di carbonio possono essere significativamente ridotte mantenendo lo stesso livello di produttività e qualità del prodotto. In particolare, il forno di ricottura elettrico può funzionare senza i sistemi di alimentazione del combustibile e dell’aria, i bruciatori e i sistemi di scarico richiesti dai forni a combustione convenzionali, riducendo i costi di investimento e l’ingombro dell’installazione di circa il 40 percento. Infine, se alimentato da energia elettrica rinnovabile come l’energia eolica e solare, il sistema può consentire un processo di trattamento termico realmente privo di emissioni di carbonio, rendendolo altamente efficace nel soddisfare le normative ambientali globali, inclusi i meccanismi di adeguamento delle emissioni di carbonio.
Foto: KIER
