Electrification of High Temperature Heating Demand: A Techno-Economic Perspective on Decarbonized Steel Making
2024 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesis
Abstract [en]
Given the steel industry’s status as the most carbon-intensive sector, significant efforts have been directed towards its decarbonization, primarily focusing on reducing emissions during the ironmaking phase, which accounts for 70% of the industry’s total emissions. In contrast, this study addresses the decarbonization of the steelmaking and post-processing phases, which account for 30% of the industry’s emissions and have been largely neglected until now. This research presents a comprehensive review of existing literature on the decarbonization of the steel industry, followed by a comparative analysis of various electrification technologies and conventional methods, specifically targeting mini-mills. The study evaluates the energy intensity and emissions reduction potential of these electrification technologies. It examines the efficacy of preheating technologies for scrap entering the Electric Arc Furnace (EAF) and assesses the impact of different metal inputs on the EAF’s energy balance. Additionally, the study investigates the potential of electrification technologies for the reheating furnace and conducts an economic analysis considering future trends such as carbon pricing and energy costs. The findings indicate that electrification technologies offer a viable strategy for decarbonizing the steel industry. However, their effectiveness highly depends on the emissions profile of the electricity used to power the steel plants. Moreover, the economic viability of these technologies remains a significant challenge in the current context, underscoring the need for policy measures to facilitate the transition towards a sustainable steel industry.
Abstract [sv]
Som följd av stålindustrins status som den mest koldioxidintensiva sektorn har betydande ansträngningar gjorts för att minska utsläppen, främst genom förbättringar under järnframställningsfasen, som står för 70% av industrins totala utsläpp. I denna studie behandlas istället utfasningen av fossila bränslen i ståltillverknings- och efterbearbetningsfaserna, som står för 30% av industrins utsläpp och som hittills i stor utsträckning har försummats. Arbetet presenterar en omfattande genomgång av befintlig litteratur om utfasning av fossila bränslen i stålindustrin, följt av en jämförande analys av olika elektrifieringstekniker och konventionella metoder, med särskild inriktning på minikvarnar. Studien utvärderar både energinivåer och potentialen för utsläppsminskning med dessa elektrifieringstekniker. Den undersöker också effektiviteten hos tekniker för förvärmning av det skrot som går in i ljusbågsugnen (EAF) och bedömer effekten av olika metallinmatningar på ljusbågsugnens energibalans. Dessutom undersöker studien potentialen för elektrifieringstekniker för återuppvärmningsugnen och genomför en ekonomisk analys med hänsyn till framtida trender som koldioxidprissättning och energikostnader. Resultaten visar att elektrifiering är en genomförbar strategi för att minska koldioxidutsläppen inom stålindustrin. Hur effektiva dessa åtgärder är beror dock i hög grad på utsläppsprofilen för den el som används för att driva stålverken. Dessutom är den ekonomiska lönsamheten för dessa tekniker fortfarande en stor utmaning i dagsläget, vilket understryker behovet av politiska åtgärder för att underlätta övergången till en hållbar stålindustri.
Place, publisher, year, edition, pages
2024. , p. 82
Series
TRITA-ITM-EX ; 2024:451
Keywords [en]
Steel, Mini-mill, Decarbonization, Electrification of heat, Energy modeling
Keywords [sv]
Stål, Miniverk, Utfasning av fossila bränslen, Elektrifiering av värme, Energimodellering
National Category
Energy Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-354849OAI: oai:DiVA.org:kth-354849DiVA, id: diva2:1905707
External cooperation
ABB; UPV Universitat Politècnica de València
Subject / course
Thermal Engineering
Educational program
Degree of Master
Presentation
2024-10-14, 00:00
Supervisors
Examiners
2024-10-152024-10-152024-10-15Bibliographically approved