Porównanie technologii produkcji „ekologicznej stali”: karta wyników w oparciu o redukcję emisji CO2

Ten 4-minutowy artykuł, oparty na dłuższych „Wytycznych produkcji ekologicznej stali”, podsumowuje aktualny stan obiektywnych, wymiernych redukcji emisji CO₂ w produkcji stali.

Przechwytywanie i utylizacja dwutlenku węgla (CCU): 65% redukcji CO₂

Komercyjne procesy CCU na dużą skalę nie są obecnie stosowane w przemyśle stalowym, ale badania naukowe sugerują ogromny potencjał. Możliwe jest przechwycenie około 65% emisji CO₂, a następnie ich przetworzenie lub połączenie z innymi gazami w celu wytworzenia „wsadów” na bazie węgla potrzebnych w przemyśle chemicznym. Wada: zużywa się tę samą ilość paliw kopalnych, co wiąże się z takimi samymi skutkami wydobycia, itp.

Przechwytywanie i składowanie dwutlenku węgla (CCS): 60–70% redukcji CO₂

W przypadku technologii CCS dwutlenek węgla jest sprężany, transportowany i magazynowany w odpowiednio dobranych i zarządzanych podziemnych zbiornikach geologicznych. Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (IPCC) oblicza, że prawidłowo wykonane zbiorniki „z dużym prawdopodobieństwem” mogą przechować 99% CO₂ przez ponad 1000 lat.

Jednak obecnie w przemyśle stalowym nie istnieją komercyjne obiekty do prowadzenia CCS na dużą skalę. Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEA) jest mało prawdopodobne, aby przechwytywanie dwutlenku węgla miało znaczący wpływ przed rokiem 2030: szacuje, że możliwe jest przechwycenie 1% rocznych emisji CO₂ z przemysłu stalowego (16 MtCO₂/rok).

Niektórzy eksperci ds. emisji uważają, że zbiorniki CCS należy udostępniać przede wszystkim innym branżom – jak produkcja tworzyw sztucznych lub cementu – które napotykają duże koszty i przeszkody w rozwoju technologii pozbawionych paliw kopalnych. W tych sektorach emisje dwutlenku węgla można obniżyć nawet o 60–70%.  

Recykling złomu stalowego z natury jest technologią czystszą niż tradycyjne wytwarzanie stali na bazie rudy żelaza, ponieważ oczywiście pomija się proces produkcji żelaza – w przeszłości etap produkcji stali wiążący się z największą ilością emisji CO₂. Stal można poddawać recyklingowi w nieskończoność, nic dziwnego więc, że współczynnik recyklingu stali wynosi 90% i jest najwyższy spośród wszystkich powszechnie stosowanych materiałów. Jednak recykling może zaspokoić jedynie 25% obecnego światowego zapotrzebowania na stal. Poniższe praktyki mogą pomóc w udoskonaleniu obecnych metod produkcji stali na bazie złomu. 

Niskoemisyjne DRI: 10–20% redukcji CO₂

Stosowanie niskoemisyjnego żelaza bezpośrednio zredukowanego (DRI) zamiast DRI opartego na paliwach kopalnych może obniżyć ślad węglowy produkcji stali na bazie złomu o 10–20%, w zależności od ilości i rodzaju DRI oraz miksu energetycznego. 

Ekologiczna energia elektryczna: 50% redukcji CO₂

Całkowite przejście z elektryczności opartej na paliwach kopalnych na elektryczność wolną od paliw kopalnych może zmniejszyć obecne emisje CO₂ z produkcji stali na bazie złomu o połowę. 

Biowęgiel: do 40% redukcji CO₂

Biowęgiel powstaje w procesie pirolizy i uwęglania surowej biomasy. Biowęgiel wytwarzany z wykorzystaniem energii wolnej od paliw kopalnych i bez spoiw jest paliwem neutralnym pod względem emisji dwutlenku węgla. Chociaż biowęgiel może zastąpić system wdmuchiwania pyłu węglowego (PCI), węgiel jest nadal konieczny do produkcji koksu do wielkiego pieca. Ponadto biowęgiel zwykle zawiera większą ilość potasu (K) i fosforu (P), co stanowi wyzwanie dla jakości stali. Mając to na uwadze, metoda może zmniejszyć emisje dwutlenku węgla nawet o 40%. 

Wdmuchiwanie wodoru: 10–40% redukcji CO₂

Pył węglowy wdmuchiwany do wielkiego pieca można częściowo zastąpić wodorem. Wynikające z tego obniżenie emisji dwutlenku węgla jest ograniczone, około 10–40% w zależności od technologii. 

Recykling gazu wielkopiecowego (TGR): 21–25% redukcji CO₂

Gaz wielkopiecowy wytwarzany podczas produkcji energii lub ogrzewania można poddać recyklingowi, doprowadzając emisje dwutlenku węgla i wodór z powrotem do pieca. Oczekiwana redukcja emisji dwutlenku węgla wynosi 21–25%. 

Piece z łukiem krytym (SAF): redukcja emisji CO₂ do ustalenia

Piece z łukiem krytym (SAF) lub podobne piece z otwartą kąpielą żużlową (OSBF) mogą zastąpić hutnictwo wielkopiecowe, co zmniejszyłoby zapotrzebowanie na koks i węgiel. Kluczową zaletą tych technologii jest możliwość wykorzystania rudy żelaza niższej jakości. Piece SAF i OSBF są nadal w fazie rozwoju i nie są komercyjnie stosowane na dużą skalę w przemyśle stalowym. Dzięki dalszemu rozwojowi i innowacjom, SAF i OSBF mogą znacznie obniżyć emisje CO₂ w produkcji żelaza. 

Bezpośrednia redukcja żelaza z paliwami kopalnymi w połączeniu z elektrycznymi piecami łukowymi (EAF): 10–40% redukcji CO₂

Szacuje się, że procesy wykorzystujące DRI na bazie gazu ziemnego, DRI na bazie węgla lub gaz syntezowy (mieszaninę wodoru i tlenku węgla) obniżają emisje dwutlenku węgla o 10–40% w porównaniu z tradycyjnymi metodami produkcji żelaza. 

Bezpośrednia redukcja żelaza (DRI) bez paliw kopalnych w połączeniu z elektrycznymi piecami łukowymi (EAF): praktycznie zerowe emisje CO₂

W przypadku produkcji stali na bazie rud żelaza zdecydowanie największa redukcja emisji CO₂ nastąpi poprzez zastąpienie wszystkich głównych źródeł dwutlenku węgla procesem bezpośredniej redukcji z wykorzystaniem ekologicznego wodoru. Bezpośrednia redukcja bez paliw kopalnych wykorzystuje wodór wytwarzany z zastosowaniem energii elektrycznej wolnej od paliw kopalnych: słonecznej, wiatrowej, wodnej itp. Produktem ubocznym DRI bez paliw kopalnych jest woda, którą można łatwo ponownie wykorzystać do produkcji wodoru, tworząc zamkniętą pętlę.

Rozwój technologiczny bezpośrednio zredukowanego żelaza bez paliw kopalnych do produkcji stali bez paliw kopalnych rozpoczął się w 2016 r., a w lipcu 2021 r. wyprodukowano pierwsze na świecie produkty ze stali praktycznie wolnej od paliw kopalnych.

Inne obiecujące technologie produkcji żelaza zmniejszające emisję CO₂

Powyższe zestawienie obejmuje inicjatywy rozwojowe, które uznawane są za mające „wysoki poziom gotowości technologicznej”. Dodatkowe inicjatywy o niższym poziomie gotowości technologicznej to między innymi:

• Bezpośrednia redukcja wodorowa z frakcji drobnych w połączeniu z elektrycznym piecem łukowym (np. HyREX, Circored). 
• Bezpośrednia redukcja wodorowa z frakcji drobnych w połączeniu z redukcją wytapiania (np. SuSteel). 
• Bezpośrednia elektroliza rudy żelaza w niskiej temperaturze (np. Ulcowin, Siderwin). 
• Bezpośrednia elektroliza rudy żelaza w wysokiej temperaturze (np. Ulcolysis, Boston Metal).  

W roku 2026: handlowe ilości stali wolnej od paliw kopalnych

Przedsiębiorstwa z różnych branż – w tym motoryzacyjnej – wykorzystują obecnie niewielkie ilości stali bez paliw kopalnych z pilotażowego zakładu SSAB do budowy prototypów. Nasze nowe stale wolne od paliw kopalnych mają takie same właściwości jak nasze obecne stale, nie dziwi więc, że jak dotąd klienci nie mieli większych problemów z adaptacją.