Non-geological hydrogen storage for fossil-free steelmaking
Tid: Fr 2022-04-08 kl 14.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/66521083318
Språk: Svenska
Ämnesområde: Kemiteknik
Respondent: Joakim Andersson , Energiprocesser
Opponent: Professor Simon Harvey, Chalmers tekniska högskola
Handledare: Universitetslektor Stefan Grönkvist, Energiprocesser
QC 2022-03-10
Abstract
Den globala stålanvändningen har mer än tredubblats under de senaste 50 åren och ytterligare tillväxt förväntas, framförallt i utvecklingsländer. Ståltillverkning står dock för 7 % av de globala nettoutsläppen av koldioxid (CO2) och möjligheter till ytterligare optimering av nuvarande processer för järnmalmsreduktion baserade på fossila bränslen är begränsade. Nya ståltillverkningsmetoder krävs därför för att etablerade klimatmål ska kunna uppnås. En väg framåt är järnmalmsreduktion med vätgas (H2) producerad via elektrolys. En utmaning är elektrolysens stora elbehov. Ett H2-lager kan reducera elkostnaden för elektrolys genom att tillåta att en större andel H2 produceras när elpriset är lågt. Befintlig erfarenhet av storskalig H2-lagring är helt begränsad till saltkaverner i geologiska saltformationer och dessa finns inte att tillgå överallt. Icke-geologiska H2-lagringstekniker har dock inte tidigare utvärderats för H2-baserad ståltillverkning, vilket är syftet med denna avhandling. Flytande H2-bärare identifierades som de mest tekno-ekonomiskt gångbara alternativen för icke-geologisk H2-lagring. Av dessa bärare befanns metanol (CH3OH) vara särskilt lovande för H2-baserad ståltillverkning på grund av det låga värmebehovet för dess dehydrogenering, dess låga lagringskostnad och för att processer för både dess produktion och dehydrogenering har en hög teknisk mognadsgrad. Ett komplett CH3OH-baserat lagringskoncept för H2-baserad ståltillverkning utvecklades, inklusive processer för CO2- och värmeförsörjning. Detta koncepts förmåga att minska kostnaden för H2-baserad ståltillverkning utvärderades via en deterministisk optimeringsmetod baserad på historiska elpriser. Resultat indikerar att H2-lagring i CH3OH kan vara konkurrenskraftigt med geologisk lagring, särskilt i särskilt i scenarier med ihållande perioder med höga elpriser. Vidare undersöktes även möjligheter att inkludera försäljning av CH3OH i lagringskonceptet. Resultat visar att sådan försäljning kan minska risken för investering i ett CH3OH-baserat H2-lager som en del av en H2-baserad ståltillverkningsprocess då det gör det möjligt för lagret att nå lönsamhet under mer varierade elmarknadsförhållanden.