Propriétés de l'hydrogène et des agents réducteurs biogènes en vue d'une utilisation efficace dans la production de fer et d'acier

Vue d'ensemble et objectifs du projet

Actuellement, les sidérurgistes canadiens utilisent des agents réducteurs de carbone fossile dans de nombreux procédés de fabrication de l'acier, tels que le coke pour l'induration pendant la production de boulettes de minerai de fer, le gaz naturel dans les procédés de réduction directe de minerai de fer (direct reduced iron ou DRI), le carbone fossile solide dans la fabrication de l'acier par four électrique à arc (electric arc furnace ou EAF), ainsi que le coke et le charbon pulvérisé dans la fabrication de l'acier par haut-fourneau (blast furnace ou BF). Le remplacement du carbone d'origine fossile par des agents de réduction à faible teneur en carbone (Low Carbon Intensity Reductants ou LCIR) pourrait permettre de réduire les émissions de gaz à effet de serre produites par l'industrie sidérurgique. Mais l'industrie sidérurgique ne considère pas les LCIR comme une alternative viable au carbone d'origine fossile, car le marché actuel des LCIR ne produit pas de LCIR répondant aux besoins spécifiques de l'industrie sidérurgique.

Ce projet, dirigé par CanmetÉNERGIE-Ottawa, vise à combler les principales lacunes en matière de connaissances qui entravent actuellement l'utilisation du LCIR pour la production de fer et d'acier. L'objectif de ce projet est de déterminer les propriétés critiques du LCIR pour divers procédés de fabrication de l'acier afin de permettre son utilisation dans l'industrie sidérurgique. Une fois que les propriétés critiques seront bien comprises, des procédures normalisées seront mises en place pour évaluer la pertinence des produits LCIR pour des utilisations spécifiques dans l'industrie sidérurgique. Les installations pilotes et de laboratoire de CanmetÉNERGIE seront utilisées pour réaliser ce travail de recherche. Les résultats de ce projet permettront l'utilisation du LCIR dans les procédés de production d'acier, y compris le procédé d'induration du minerai de fer en boulettes, de même que les procédés DRI, EAF et BF. De plus, les producteurs de LCIR auront un aperçu des propriétés spécifiques que les LCIR doivent posséder pour pouvoir être utilisés par l'industrie sidérurgique.

Impact et innovations

Les processus de production de l'acier sont conçus et optimisés pour différents types de combustibles fossiles conventionnels tels que le charbon, le coke et le gaz naturel. Étant donné que les LCIR ont été développés à l'origine pour d'autres industries (et non pour l'industrie sidérurgique), le remplacement des combustibles fossiles par les LCIR actuellement disponibles peut entraîner des risques significatifs pour l'industrie sidérurgique. Ces risques comprennent des répercussions négatives sur la qualité des produits sidérurgiques, l'efficacité des processus et la fiabilité des équipements. Le travail effectué dans le cadre de ce projet réduira les risques pour l'industrie sidérurgique en fournissant aux décideurs les informations dont ils ont besoin pour évaluer et sélectionner des solutions LCIR fiables en vue de leur utilisation dans leurs installations. En outre, notre travail permettra aux producteurs de LCIR de fabriquer des produits qui répondent aux exigences spécifiques de l'industrie sidérurgique.

Actuellement, la capacité de production de LCIR est encore très limitée au Canada. Pour que l'offre future de LCIR réponde à la demande, la communication entre les producteurs de LCIR et le secteur de l'acier doit commencer dès maintenant. Cette communication bidirectionnelle est essentielle pour s'assurer que les producteurs de LCIR soient en mesure de fournir le type et la quantité de produits LCIR dont l'industrie de l'acier pourrait avoir besoin à l'avenir. Les équipes de CanmetÉNERGIE aideront à faciliter les discussions entre les producteurs de LCIR et l'industrie de l'acier.

À la fin du projet, les objectifs suivants seront atteints :

• Comprendre les propriétés fondamentales des LCIR pertinentes pour la production d'acier.
• Identifier les domaines d'application potentiels des produits LCIR dans la production d'acier sur la base des exigences connues en matière de propriétés des réducteurs fossiles conventionnels.
• Développer une méthode d'évaluation à l'échelle du laboratoire pour quantifier l'aptitude d'un produit LCIR à être utilisé dans la production d'acier afin de permettre la communication entre les secteurs.
• Démontrer à l'échelle pilote le rendement des LCIR dans les processus de production d'acier afin de réduire les risques d'une mise en œuvre à l'échelle industrielle.
• Renseigner les producteurs de LCIR sur les aspects à développer afin d'améliorer l'adéquation de leurs produits à l'utilisation par l'industrie sidérurgique.
• Renseigner les producteurs d'acier sur les modifications à apporter aux procédés pour permettre l'utilisation des LCIR.

Figure 1 : Four de simulation de réduction du minerai de fer