Vihreän teräksen teknologioiden vertailu: tarkastelussa hiilidioksidipäästöjen vähennykset

Tässä artikkelissa (lukuaika 4 minuuttia), joka perustuu pidempään artikkeliin vihreän teräksen suuntaviivoista, esitetään yhteenveto objektiivisista mitattavista hiilidioksidipäästöjen vähennyskeinoista terästuotannon nykytilanteessa.

Hiilidioksidin talteenotto ja hyötykäyttö (carbon capture and utilization, CCU): 65 % pienemmät hiilidioksidipäästöt

Terästeollisuudessa ei ole tällä hetkellä käytössä laajamittaisia kaupallisia hiilidioksidin talteenoton ja hyötykäytön prosesseja, mutta tutkimusten mukaan tekniikassa piilee paljon potentiaalia. Noin 65 % hiilidioksidipäästöistä voidaan ottaa talteen ja käsitellä ja/tai yhdistää muihin kaasuihin ja valmistaa näin kemianteollisuuden tarvitsemia hiilipohjaisia raaka-aineita. Menetelmällä on kuitenkin myös haittapuolensa: käytettyjen fossiilisten polttoaineiden määrä pysyy samana, mikä tarkoittaa esimerkiksi samoja louhintavaikutuksia.

Hiilidioksidin talteenotto ja varastointi (carbon capture and storage, CCS): 60–70 % pienemmät hiilidioksidipäästöt

Hiilidioksidin talteenotossa ja varastoinnissa hiilidioksidi puristetaan, kuljetetaan ja varastoidaan asianmukaisesti valittuihin ja hallinnoituihin kalliovarastoihin. Hallitusten välinen ilmastonmuutospaneeli IPCC on arvioinut, että oikein toteutettuna varastoissa voidaan ”hyvin todennäköisesti” säilyttää 99 % hiilidioksidipäästöistä yli 1 000 vuoden ajan.

Terästeollisuudessa ei kuitenkaan ole tällä hetkellä suuria kaupallisia CCS-laitoksia. Kansainvälisen energiajärjestön IEA:n mukaan hiilidioksidin talteenotto ei todennäköisesti ole merkittävää vuoteen 2030 mennessä: se arvioi, että terästeollisuuden vuotuisista hiilidioksidipäästöistä otetaan talteen 1 % (16 miljoonaa hiilidioksidiekvivalenttitonnia/vuosi).

Osa päästöasiantuntijoista on sitä mieltä, että varastot on priorisoitava terästeollisuuden sijaan muille aloille, kuten muovi- tai sementtiteollisuudelle, joilla fossiilittomien tekniikoiden kehittämiseen liittyy suuria kustannuksia tai muita esteitä. Näillä sektoreilla hiilidioksidipäästöjä voitaisiin vähentää jopa 60–70 %.  

Teräsromun kierrätykseen perustuva teräksenvalmistus on jo nyt paljon puhtaampaa kuin perinteinen rautamalmipohjainen menetelmä, sillä siihen ei sisälly raudanvalmistusprosessia, joka on perinteisesti ollut teräksentuotannon eniten hiilidioksidipäästöjä tuottava osa. Koska terästä voidaan kierrättää loputtomasti, ei ole yllättävää, että sen kierrätysaste on 90 % – paras kaikista yleisesti käytetyistä materiaaleista. Kierrätys voi kuitenkin vastata vain 25 %:iin teräksen nykyisestä maailmanlaajuisesta kysynnästä. Nykyistä kierrätyspohjaista teräksenvalmistusta voidaan parantaa seuraavilla tavoilla. 

Vähähiilinen suorapelkistys: 10–20 % pienemmät hiilidioksidipäästöt

Vähähiilisen suorapelkistetyn raudan käyttö fossiilipohjaisen sijaan voisi pienentää kierrätyspohjaisen teräksentuotannon hiilijalanjälkeä 10–20 % raudan määrästä ja tyypistä sekä käytetystä sähköstä riippuen. 

Vihreä sähkö: 50 % pienemmät hiilidioksidipäästöt

Jos fossiilisilla polttoaineilla tuotetusta sähköstä siirryttäisiin täysin fossiilittomaan sähköön, nykyisen kierrätyspohjaisen terästuotannon hiilidioksidipäästöt puolittuisivat.

Biohiili: jopa 40 % pienemmät hiilidioksidipäästöt

Biohiilitä tuotetaan kuivatislaamalla ja hiillyttämällä biomassaa . Fossiilittomalla energialla ja ilman sideaineita valmistettu biohiili on hiilineutraali polttoaine. Vaikka biohiilellä voidaankin korvata hiili-injektiossa (PCI) käytettävä hiili, masuunissa käytettävän koksin valmistukseen tarvitaan edelleen hiiltä. Lisäksi biohiili sisältää yleensä enemmän kaliumia (K) ja fosforia (P), mikä on ongelmallista teräksen laadun kannalta. Menetelmä voisi kuitenkin vähentää hiilidioksidipäästöjä jopa 40 %. 

Vetyinjektointi: 10–40 % pienemmät hiilidioksidipäästöt

Osa masuunien injektoitavasta hiilestä voidaan korvata vedyllä. Näin voidaan pienentää hiilidioksidipäästöjä jonkin verran, noin 10–40 % tekniikasta riippuen. 

Huippukaasun kierrätys 21–25 % pienemmät hiilidioksidipäästöt

Masuunin energiantuotannossa tai lämmityksessä syntyvät huippukaasut voitaisiin kierrättää syöttämällä hiilipäästöt ja vety takaisin uuniin. Hiilidioksidipäästöt pienenisivät tällöin arviolta 21–25 %. 

Uppokaariuunit: vaikutusta hiilidioksidipäästöihin selvitetään vielä

Uppokaariuunit tai vastaavat OSBF-uunit voivat korvata masuunit raudanvalmistuksessa, mikä vähentäisi koksin ja hiilen tarvetta. Yksi niiden keskeisistä eduista on se, että rautamalmin ei tarvitse olla yhtä laadukasta kuin monissa muissa menetelmissä. Uunit ovat vielä kehitysvaiheessa, eikä niitä ole laajamittaisessa kaupallisessa käytössä terästeollisuudessa. Jatkokehityksen ja innovaatioiden myötä ne voisivat kuitenkin vähentää raudanvalmistuksen hiilidioksidipäästöjä merkittävästi.

Fossiilipohjainen suorapelkistys ja valokaariuunit: 10–40 % pienemmät hiilidioksidipäästöt

Näiden maakaasupohjaiseen suorapelkistykseen, hiilipohjaiseen suorapelkistykseen tai synteesikaasuun (vedyn ja hiilimonoksidin seokseen) perustuvien menetelmien hiilidioksidipäästöjen arvioidaan olevan 10–40 % perinteistä raudanvalmistusta pienemmät. 

Fossiiliton suorapelkistys ja valokaariuunit: lähes hiilidioksidipäästötön teknologia

Rautamalmipohjaisessa teräksenvalmistuksessa suurimmat hiilidioksidipäästöjen vähennykset voidaan saavuttaa korvaamalla merkittävät hiilidioksidilähteet vihreää vetyä käyttävällä suorapelkistysprosessilla. Fossiilittomassa suorapelkistyksessä käytetään vetyä, joka on tuotettu fossiilittomalla sähköllä: esimerkiksi aurinko-, tuuli- tai vesivoimalla. Fossiilittoman suorapelkistyksen sivutuotteena syntyy vettä, joka voidaan helposti käyttää uudelleen vedyn tuotantoon suljetussa kierrossa.

Teknologinen kehitys fossiilittoman suorapelkistetyn raudan valmistamiseksi teräksentuotantoon alkoi vuonna 2016, ja maailman ensimmäiset lähes fossiilivapaat terästuotteet tuotettiin heinäkuussa 2021.

Muita lupaavia raudanvalmistusmenetelmiä, joiden avulla voidaan pienentää hiilidioksidipäästöjä

Edellä oleva yhteenveto kattaa kehityshankkeet, joiden osalta teknologisen valmiuden katsotaan olevan korkealla tasolla. Esimerkkejä muista hankkeista, joiden kohdalla valmiustaso on matalampi, ovat

• jauhepohjainen suorapelkistys vedyllä yhdistettynä valokaariuuniin (esim. HyREX, Circored) 
• jauhepohjainen suorapelkistys vedyllä yhdistettynä pelkistyssulatukseen (esim. SuSteel) 
• rautamalmin suora elektrolyysi matalassa lämpötilassa (esim. Ulcowin, Siderwin) 
• rautamalmin suora elektrolyysi korkeassa lämpötilassa (esim. Ulcolysis, Boston Metal).  

Vuonna 2026 fossiilitonta terästä on saatavilla kaupallisesti

Eri teollisuudenaloilla – myös autoteollisuudessa – toimivat yritykset käyttävät tällä hetkellä pieniä määriä SSAB:n pilottilaitoksessa tuotettua fossiilitonta terästä prototyyppien rakentamiseen. Koska uusilla fossiilittomilla teräksillämme on samat ominaisuudet kuin nykyisillä teräksillämme, niiden käyttöönotto on toistaiseksi sujunut asiakkaidemme mukaan hyvin suoraviivaisesti.