Обезуглерожування сталі: комплексні рішення
За словами голови Всесвітньої асоціації виробників сталі (worldsteel) Едвіна Бассона, нещодавно відбулися три речі, які прискорили спроможність галузі до обезуглерожування. Може знадобитися 20-30 років інвестицій у нові інноваційні процеси, поряд із повсюдно доступним зеленим воднем і уловлюванням та зберіганням вуглецю, щоб досягти нульового рівня викидів, але залізна брама широко розкрилася перед новими можливостями внаслідок злиття подій.
По-перше, у 2020 році президент Китаю Сі Сіньпін пообіцяв, що найбільший у світі виробник стали з 57% світового виробництва (у тому році Китай першим досяг рівня виробництва більше одного мільярда тонн) до 2060 року досягне вуглецевої нейтральності, а також не побачить зростання у викидах CO2 до 2030 року.
Поряд зі стартовою зброєю Китаю перехід режиму США два роки тому до більш глобального керівництва з упором на обезуглерожування «привів до повороту майже на 180 градусів», говорить Бассон, у рішучості сталеливарної промисловості вийти за рамки ефективності виробництва і зайнятися процесом, що важко піддається скороченню. переробки руди, її джерелами енергії та, що важливо, тим, як сталь використовується, повторно використовується та переробляється.
Нова хвиля прогресивних генеральних директорів у галузі — це третій елемент, який, за словами Бассона, сприяв зміні сталевого ставлення, яке раніше було зосереджено на одержанні кожної енергії та економії матеріалів із 300-річного процесу виробництва сталі — на користь баланс та скорочення викидів вуглецю на стороні. Worldsteel заявляє, що заходи щодо підвищення ефективності галузі дозволили знизити споживання енергії приблизно на 60% з 1960-х років, сприяючи «значному зниженню інтенсивності викидів CO2».
Бассон каже, що це викликано «усвідомленням того, що як глобальне суспільство ми не можемо продовжувати викидати таку кількість CO2, яку ми все ще викидаємо». І що коригування існуючої технології доменних печей більше не може забезпечити якісний стрибок у скороченні викидів вуглецю, необхідний для порятунку планети.
Маса можливостей
На сталеливарну промисловість припадає близько 8% світових викидів вуглецю, і вона значною мірою (73%) залежить від технологій доменних печей та конвертерних печей для відокремлення кисню від оксидів заліза, з яких складається залізна руда, та виробництва міцного, стійкого матеріалу. . відомий як сталь.
Виготовлення сталі включає кілька застосувань екстремального нагріву. Серед них нагрівання вугілля при температурі близько 1000 градусів за Цельсієм без кисню для видалення домішок, що призводить до отримання набагато міцнішого продукту «коксу». Охолоджений кокс, що містить 90-93% вуглецю, разом із залізною рудою та вапняком подають у доменний процес; повітря, нагріте до 1000-1200 градусів Цельсія, подається в піч, ініціюючи серію хімічних реакцій, внаслідок яких утворюється чавун та СО2.
Чугун, як і раніше, містить близько 4% вуглецю, що робить його занадто крихким для більшості застосувань, і кисневий конвертер використовується для подальшого зниження цієї концентрації та інших домішок для виробництва сталі з вмістом вуглецю в діапазоні приблизно ~ 0,02-2, 1%. Конвертерний конвертер, чавун, металобрухт (близько 15-20%) та негашене вапно (відоме як флюс) нагріваються, і чистий кисень «вдується» у суміш через фурму з водяним охолодженням, яка окислює вуглець і кремній у гарячій залізі та вивільняє більше тепла. яке, своєю чергою, плавить брухт. Розплавлена маса отриманої сталі виливається в ківш і може бути відправлена на подальший процес рафінування з підігрівом відповідно до вимог замовника.
Не дивно, що Бассон каже, що найбільша проблема декарбонізації, з якою стикається галузь, полягає в наступному: Звідки ми беремо енергію? В даний час, за його словами, вугілля є не тільки основним джерелом тепла для різних стадій процесу, але і «надає основу для хімічної реакції, яка витягує залізо з його окисленого стану в залізній руді». у цьому полягає визначення важко вщухнути. Виробництво сталі із залізняку в даний час залежить від вуглецю, який управляє реакцією; побічним продуктом якого є СО2.
Сьогодні у виробництві кожної тонни сталі в середньому виділяється 1,8 тонни CO2. «За оцінками Worldsteel, – каже Бассон, – ми вважаємо, що найкраще, чого може досягти галузь у найближчі десятиліття, навіть використовуючи нові технології», які все ще перебувають у стадії розробки та підлягають масштабуванню, – це 0,3 тонни, або 300 кілограмів CO2, що викидаються на тонну сталі, звідси роль уловлювання та зберігання вуглецю.
Інновації вивільняються
Бассон, який до свого майже 11-річного перебування на посаді глави worldsteel обіймав керівні посади в ArcelorMit