高炉を使用しない製鉄用の脱炭素製造のための費用対効果の高い方法を開発するセンター。

鉄鋼はすべての人の生活と経済に大きな影響を与えます。 これは自動車、トラック、飛行機、建物などにとって非常に重要です。 しかし、その製造プロセスには重大な問題があります。 世界的に見て、産業部門からの温室効果ガス排出量の大部分を占めています。

米国エネルギー省 (DOE) は最近、DOE のアルゴンヌ国立研究所が多機関による電気合成による鉄鋼電化センター (C-STEEL) を主導するために 19 年間で 85 万ドルの資金提供を発表しました。 このセンターの任務は、製鉄における高炉を置き換え、温室効果ガス排出量を XNUMX% 削減する革新的で低コストのプロセスを開発することです。

C-STEELのディレクターであり、アルゴンヌグループのリーダーで材料科学者でもあるブライアン・イングラム氏は、「これは大きな目標であり、成功すれば高額の報酬が得られる」と述べた。

C-STEEL は、DOE の産業用熱エネルギー アースショット イニシアチブの主要プロジェクトであり、産業用加熱のエネルギー集約的なプロセスからの排出量を大幅に削減することを目的としています。 このセンターのパートナーには、オークリッジ国立研究所、ケースウェスタンリザーブ大学、ノーザンイリノイ大学、パデュー大学ノースウェスト校、イリノイ大学シカゴ校が含まれます。

「現在の製鉄には高炉からの高熱が必要ですが、当社の電着プロセスでは入熱が低いか、まったく入熱しなくても済みます。」 — ブライアン・イングラム氏、C-STEEL ディレクター、アルゴンヌ グループ リーダー兼材料科学者

鉄鋼生産において最もエネルギーを消費するステップには、高炉を使用して鉄鉱石を精製された鉄金属または鉄合金に変換することが含まれます。 これには、噴火する火山よりも高い、華氏 2500 度から 2700 度の温度が必要です。 同センターの目標は、その熱需要を本質的になくし、85年までに温室効果ガス排出量の2035％削減を達成するプロセスを開発することだ。

「現在の製鉄には高炉からの高熱が必要ですが、当社の電着プロセスでは入熱が低いか、まったく入熱しなくても済みます」とイングラム氏は語った。 ,war「コスト効率も高く、産業規模の運用にも適応可能です。」

電着プロセスでは、鉄鉱石を溶液に溶解し、電気を使用して反応を開始し、製鋼に使用できる鉄金属または合金を析出させます。 その解決策は、バッテリーに見られるものと同様の液体電解質です。

「私たちは、アルゴンヌ氏率いるエネルギー貯蔵研究共同センターが行った研究から、さまざまなバッテリー電解液について得た膨大な知識ベースを基に構築していきます」とイングラム氏は述べた。

このプロジェクトには 1800 つの柱があります。 そのうちの 2000 人は、電着のさまざまなプロセスを調査します。 XNUMX つのプロセスは、水ベースの電解質を使用して室温で動作します。 もう XNUMX つは塩ベースの電解質を使用し、現在の高炉より華氏 XNUMX ～ XNUMX 度低い温度で機能します。 このプロセスのエネルギーは十分に低いため、再生可能エネルギーや原子炉からの廃熱によって賄うことができます。

XNUMX 番目の目的は、各プロセスを原子レベルで理解することに焦点を当てます。 この推進力の目標は、金属製品の構造と組成の両方を正確に制御して、製鉄の既存の下流プロセスに金属製品を組み込めるようにすることです。

各推力には人工知能ベースのプラットフォームが組み込まれており、電解質設計への統一アプローチを確保します。 この目的を達成するために、C-STEEL は、アルゴンヌとオーク リッジにある XNUMX つのリーダーシップ コンピューティング施設の世界クラスの計算リソースを活用します。 どちらも DOE Science Office のユーザー施設です。

C-STEELは、アルゴンヌにある他のXNUMXつのDOEユーザー施設、アドバンスト・フォトン・ソースとナノスケール材料センターの材料特性評価機能も活用します。

「このセンターのもう一つの重要な部分は、パートナー大学の一つが少数派教育機関であるイリノイ大学シカゴ校であることです」とイングラム氏は述べた。 ,war「彼らの参加やその他の活動を通じて、私たちは研究活動に貢献する多様なチームを形成していきます。」 C-STEEL はまた、次世代の科学者を刺激するために、アウトリーチ活動、メンターシップ プログラム、学生やポスドク向けのキャリア開発の機会を実施する予定です。

この研究は、エネルギー省基礎エネルギー科学局およびエネルギー省先端科学コンピューティング研究プログラムから資金提供を受けています。

アルゴンヌ国立研究所について
ナノスケール材料センターは、DOE の XNUMX つのナノスケール科学研究センターの XNUMX つであり、DOE 科学局が支援するナノスケールでの学際的研究のための国内の主要なユーザー施設です。 NSRC は共に、ナノスケール材料の製造、加工、特性評価、モデリングを行うための最先端の機能を研究者に提供する一連の補完的な施設を構成し、国家ナノテクノロジー イニシアチブの最大のインフラ投資を構成します。 NSRC は DOE のアルゴンヌ、ブルックヘブン、ローレンス バークレー、オーク リッジ、サンディア、ロス アラモスの各国立研究所にあります。 DOE NSRC の詳細については、https:// sci ence .osti .gov/ U s e r - F a c i l i t をご覧ください。 i e s / U s e r - FA c i l i t i e s - a t - a -一目。

アルゴンヌリーダーシップコンピューティングファシリティ 科学および工学コミュニティにスーパーコンピューティング機能を提供し、幅広い分野における基礎的な発見と理解を促進します。 米国エネルギー省 (DOE) 科学局の先端科学コンピューティング研究 (ASCR) プログラムの支援を受けている ALCF は、オープン サイエンスに特化した国内 XNUMX つの DOE リーダーシップ コンピューティング施設のうちの XNUMX つです。

高度なフォトンソースについて

アルゴンヌ国立研究所にある米国エネルギー省科学局の先端光子源 (APS) は、世界で最も生産性の高い X 線光源施設の 5,000 つです。 APS は、材料科学、化学、物性物理学、生命科学、環境科学、応用研究の多様な研究者コミュニティに高輝度 X 線ビームを提供します。 これらの X 線は、材料や生物学的構造の探査に最適です。 元素の分布。 化学、磁気、電子状態。 そして、バッテリーから燃料噴射装置のスプレーに至るまで、技術的に重要な幅広いエンジニアリング システムがあり、それらはすべて我が国の経済的、技術的、身体的幸福の基盤です。 毎年、2,000 人を超える研究者が APS を使用して、影響力のある発見を詳述する XNUMX 冊を超える出版物を作成し、他の X 線光源研究施設のユーザーよりも重要な生物学的タンパク質の構造を解明しています。 APS の科学者とエンジニアは、加速器と光源の運用の進歩の中核となる技術を革新します。 これには、研究者が高く評価する超高輝度 X 線を生成する挿入デバイス、X 線を数ナノメートルまで集束させるレンズ、X 線が研究対象のサンプルと相互作用する方法を最大限に高める機器、および収集および収集を行うソフトウェアが含まれます。 APS での発見研究から得られた大量のデータを管理します。

この研究では、契約番号 DE-AC02-06CH11357 に基づいてアルゴンヌ国立研究所が DOE 科学局のために運営する米国エネルギー省科学局ユーザー施設である Advanced Photon Source のリソースを使用しました。

アルゴンヌ国立研究所 科学技術における差し迫った国家的問題の解決策を模索します。 国内初の国立研究所であるアルゴンヌは、事実上あらゆる科学分野で最先端の基礎および応用科学研究を実施しています。 アルゴンヌの研究者は、何百もの企業、大学、連邦、州、地方自治体の機関の研究者と緊密に連携して、特定の問題を解決し、アメリカの科学的リーダーシップを前進させ、国家をより良い未来に備えるための支援を行っています。 60 か国以上からの従業員がいる Argonne は、米国エネルギー省科学局の UChicago Argonne, LLC によって管理されています。

米国エネルギー省の科学局 は米国における物理科学の基礎研究の最大の支援者であり、現代の最も差し迫った課題のいくつかに対処するために取り組んでいます。 詳細については、https:// ener gy .gov/ s c ience をご覧ください。