Acier Sans CO2 Par Electrolyse – ASCOPE

Activité industrielle de fort tonnage, l’industrie sidérurgique apparaît comme une opération emblématique des transformations matière-énergie. La production mondiale d’acier a atteint 1330 millions de tonnes en 2008. La production d’une tonne d’acier consomme environ 5.7 MW.h (électriques) (chiffre de 2007) et entraîne le rejet de 1.9 tonnes de dioxyde de carbone. Parvenir à proposer un procédé capable à la fois d’améliorer l’efficacité énergétique et réduire les émissions de CO2 suppose une remise en question radicale des procédés existants. Diverses alternatives à la voie traditionnelle sont explorées depuis quelques années, dont la réduction électrochimique de minerai de fer (hématite). Des travaux précédents réalisés par les demandeurs ont montré que du fer pouvait être formé par réduction électrochimique de suspensions concentrées d’hématite dans un milieu 50% en masse d’hydroxyde de sodium à environ 110°C, avec une consommationélectrique de production d’acier pouvant atteindre 4 MWh/tonne (en incluant le broyage du minerai et la fusion de l’acier produit à l’électrode). Récemment, nous avons mis en évidence la formation intermédiaire de magnétite dans la réduction globale (i), et que la formation de fer ne se produit pas par la réduction de Fe (III) dissous mais dans les particules solides au contact de la surface de l’électrode. Ces résultats, bien que représentant une rupture technologique dans les procédés électrochimiques et plus largement en métallurgie, ne permettent pas de proposer un procédé de production du fer par électrolyse fonctionnant avec une consommation énergétique minimale. Le projet a pour objectif de concevoir et de tester une cellule d’électrolyse pilote permettant d’abaisser la consommation énergétique en deçà de 3.7 MWh/tonne, et d’examiner la viabilité de cette voie de production de fer/acier à très faible empreinte carbone par rapport auxprocédés classiques. Le consortium associe des spécialistes de chimie des oxydes solides, de l’électrochimie, des procédés, de l’énergétique et de la métallurgie pour la réalisation du projet de quatre ans. Le projet de recherche industrielle fera appel à des techniques expérimentales appropriées (pour l’observation, la mesure et la caractérisation) et des approches méthodologiques avancées. En particulier : - Les études physicochimiques permettront une caractérisation plus précise des réactifs adaptés à la production du métal, ouvrant la voie à l’utilisation de nouvelles sources d’oxydes de fer (taille de particules, minéralogie, préparation). - des cellules spécifiques seront développées pour l’évacuation efficace de l’oxygène généré à l’anode, afin de réduire les pertes par chute ohmique dans l’espace interélectrodes. - La mise en contact du solide à convertir (particules d’hématite) sera optimisée afin d’intensifier les transferts à la cathode, pour améliorer les rendements en courant et réduire la surtension à la cathode. • Globalement, on cherchera à atteindre une faible consommation spécifique pour aboutir au fonctionnement des cellules avec des fortes productivités de manière endothermique et en intégrant au mieux les différentes énergies mises en jeu.