Uusiutuvan hiilimonoksidin soveltuvuus terästeollisuuden pelkistimeksi : vertailu vihreään vetyyn
Böhm, Frans (2026)
Kandidaatintyö
2026
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2026052553669
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2026052553669
Tiivistelmä
Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan hiilimonoksidin roolia teräksen valmistuksessa sekä arvioidaan mahdollisuuksia korvata fossiilinen hiilimonoksidi uusiutuvasti tuotetulla hiilimonoksidilla. Lisäksi työssä vertaillaan uusiutuvaa hiilimonoksidia ja vihreää vetyä pelkistiminä terästeollisuudessa.
Työssä esitellään keskeiset teräksen valmistusprosessit, erityisesti masuuni-happikonvertteriprosessi ja suorapelkistysprosessi, sekä analysoidaan hiilimonoksidin merkitystä rautaoksidien pelkistysreaktioissa. Uusiutuvan hiilimonoksidin tuotantomenetelminä käsitellään biomassan kaasutusta, biokaasun reformointia, biohiiltä, hiilidioksidin elektrolyysiä sekä käänteistä vesikaasureaktiota. Lisäksi tarkastellaan vihreän vedyn tuotantoa veden elektrolyysillä ja sen käyttöä pelkistimenä, sekä kuinka uusiutuva hiilimonoksidi vertautuu vetyyn.
Kirjallisuuskatsaus osoittaa, että fossiilinen hiilimonoksidi on teknisesti mahdollista korvata uusiutuvalla hiilimonoksidilla. Biomassapohjaiset tuotantoreitit näyttäytyvät lyhyellä aika välillä toteuttamiskelpoisimpina. Vety puolestaan mahdollistaa hiilidioksidipäästöttömän teräksen valmistuksen, mutta sen käyttöönotto edellyttää merkittäviä muutoksia tuotantoprosesseihin ja suuria määriä uusiutuvaa sähköenergiaa.
Työn perusteella voidaan todeta, että uusiutuva hiilimonoksidi soveltuu erityisesti siirtymävaiheen ratkaisuksi, kun taas vety tarjoaa pidemmällä aikavälillä ratkaisuja päästöjen merkittävään vähentämiseen. This bachelor’s thesis examines the role of carbon monoxide in steelmaking and evaluates the potential to replace fossil-based carbon monoxide with renewably produced carbon monoxide. In addition, the study compares renewable carbon monoxide and green hydrogen as reducing agents in the steel industry.
The thesis presents the main steel production processes, particularly the blast furnace-basic oxygen furnace process and the direct reduction process and analyzes the role of carbon monoxide in the reduction reactions of iron oxides. Renewable carbon monoxide production methods include biomass gasification, biogas reforming, biochar, carbon dioxide electrolysis, and the reverse water gas reaction. In addition, the production of green hydrogen by water electrolysis and its use as a reducing agent are examined.
The literature review shows that it is technically possible to replace fossil carbon monoxide with renewable carbon monoxide. Biomass-based production routes appear to be the most feasible in the short term. Hydrogen, on the other hand, enables carbon dioxide-free steel production, but its implementation requires significant changes to production processes and large amounts of renewable electricity.
Based on the results, renewable carbon monoxide is particularly suitable as a transitional solution, whereas hydrogen offers long-term potential for substantial emission reductions.
Työssä esitellään keskeiset teräksen valmistusprosessit, erityisesti masuuni-happikonvertteriprosessi ja suorapelkistysprosessi, sekä analysoidaan hiilimonoksidin merkitystä rautaoksidien pelkistysreaktioissa. Uusiutuvan hiilimonoksidin tuotantomenetelminä käsitellään biomassan kaasutusta, biokaasun reformointia, biohiiltä, hiilidioksidin elektrolyysiä sekä käänteistä vesikaasureaktiota. Lisäksi tarkastellaan vihreän vedyn tuotantoa veden elektrolyysillä ja sen käyttöä pelkistimenä, sekä kuinka uusiutuva hiilimonoksidi vertautuu vetyyn.
Kirjallisuuskatsaus osoittaa, että fossiilinen hiilimonoksidi on teknisesti mahdollista korvata uusiutuvalla hiilimonoksidilla. Biomassapohjaiset tuotantoreitit näyttäytyvät lyhyellä aika välillä toteuttamiskelpoisimpina. Vety puolestaan mahdollistaa hiilidioksidipäästöttömän teräksen valmistuksen, mutta sen käyttöönotto edellyttää merkittäviä muutoksia tuotantoprosesseihin ja suuria määriä uusiutuvaa sähköenergiaa.
Työn perusteella voidaan todeta, että uusiutuva hiilimonoksidi soveltuu erityisesti siirtymävaiheen ratkaisuksi, kun taas vety tarjoaa pidemmällä aikavälillä ratkaisuja päästöjen merkittävään vähentämiseen.
The thesis presents the main steel production processes, particularly the blast furnace-basic oxygen furnace process and the direct reduction process and analyzes the role of carbon monoxide in the reduction reactions of iron oxides. Renewable carbon monoxide production methods include biomass gasification, biogas reforming, biochar, carbon dioxide electrolysis, and the reverse water gas reaction. In addition, the production of green hydrogen by water electrolysis and its use as a reducing agent are examined.
The literature review shows that it is technically possible to replace fossil carbon monoxide with renewable carbon monoxide. Biomass-based production routes appear to be the most feasible in the short term. Hydrogen, on the other hand, enables carbon dioxide-free steel production, but its implementation requires significant changes to production processes and large amounts of renewable electricity.
Based on the results, renewable carbon monoxide is particularly suitable as a transitional solution, whereas hydrogen offers long-term potential for substantial emission reductions.