Rozwiązanie problemu dekarbonizacji przemysłu stalowego w Europie

20 kwietnia 2021

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on email
Share on whatsapp
Share on print

Dekarbonizacja przemysłu stalowego jest globalnym wyzwaniem, przed którym stoi sektor w kontekście ograniczeń regulacyjnych i presji społecznej zmierzającej do zmniejszenia emisji dwutlenku węgla lub nawet osiągnięcia neutralności węglowej w stosunkowo krótkim czasie. W branży jest obecnie wdrażanych i testowanych wiele rozwiązań, jednak problem osiągnięcia celu dotyczącego emisji dwutlenku węgla nadal pozostaje złożony i trudny

Dekarbonizacja przemysłu stalowego jest globalnym wyzwaniem, przed którym stoi sektor w kontekście ograniczeń regulacyjnych i presji społecznej zmierzającej do zmniejszenia emisji dwutlenku węgla lub nawet osiągnięcia neutralności węglowej w stosunkowo krótkim czasie. W branży jest obecnie wdrażanych i testowanych wiele rozwiązań, jednak problem osiągnięcia celu dotyczącego emisji dwutlenku węgla nadal pozostaje złożony i trudny

Stal odgrywa istotną rolę w życiu współczesnego społeczeństwa. Wśród innych materiałów stal jest jednym z najważniejszych materiałów, z którymi ludzie spotykają się na co dzień. Większość otaczających nas przedmiotów, które czynią nasze życie wygodniejszym, lepszym lub bezpieczniejszym, wykonano ze stali. Samochody i maszyny, domy i rurociągi, wyposażenie i sztućce, by wymienić tylko kilka, są wykonane ze stali.

Nic dziwnego, że od stuleci, a zwłaszcza w ciągu ostatnich kilku lub trzech dekad, niezmiennie ewoluuje substytucja stali, jednak trudno powiedzieć o znacznym spadku popytu na stal. Wręcz przeciwnie, popyt na stal rośnie i wydaje się, że w dającej się przewidzieć przyszłości znacząco - jeśli w ogóle - nie zmniejszy się, ponieważ spektrum wykonalnych technicznie lub ekonomicznie i dostępnych zamienników wcale nie jest obfite.

According to some data the production of steel by the year 2050 shall increase for 14 million metric tons as compared with the year 2019 and shall reach 1.887 billion metric tons.

Jednocześnie przemysł stalowy - co nie jest zaskakujące - jest jednym z największych przemysłowych emitentów CO2 i dlatego stoi w obliczu rosnącej presji regulacyjnej i publicznej, aby rozwiązać problem emisji CO2 i osiągnąć neutralność CO2 w kontekście rozwiązań europejskich do roku 2050. Według niektórych badań do niedawna powodowały, że produkcja każdej tony stali powodowała emisję 1,82 tony CO2, czyli zdecydowanie dużo.

Biorąc pod uwagę dość duże finansowanie niezbędne do wdrożenia rozwiązań dotyczących emisji CO2 i długie cykle inwestycyjne właściwe dla branży, kwestia alternatywnych sposobów obniżania emisyjności przemysłu staje się niezwykle ważna i należy do niej podejść ostrożnie i mądrze.

From technical perspective CO2 is being formed during melting of iron ore – used mostly as iron oxide – by heating it with carbon whereon CO2 is being formed as a by-product of such process:

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

Proces ten jest stosowany głównie w zintegrowanych zakładach hutniczych, które obecnie dominują w przemyśle stalowym, co stawia hutnictwo w grupie największych przemysłowych emitentów CO2.

Według badań McKinsey & Company 14 procent wartości firm stalowych jest zagrożonych, jeśli nie są one w stanie zmniejszyć swojego wpływu na środowisko. Wpływ taki będzie spowodowany głównie wzrostem cen emisji dwutlenku węgla

Według badań McKinsey & Company 14 procent wartości firm stalowych jest zagrożonych, jeśli nie są one w stanie zmniejszyć swojego wpływu na środowisko. Wpływ taki będzie spowodowany głównie wzrostem cen emisji dwutlenku węgla

Chociaż istnieje kilka podejść do ograniczenia emisji CO2 w przemyśle stalowym - o czym zostaniemy wspomniane poniżej - wybór technologii zależy od różnych czynników lub różnych jej charakteru, takich jak dostępność, a tym samym cena niektórych zasobów, obowiązujące przepisy prawne i dotyczące bezpieczeństwa, ceny uprawnień do emisji dwutlenku węgla itp.

Należy również zauważyć, że zmniejszenie emisji CO2 w hutnictwie należy traktować jako złożony rezultat, w którym należy wziąć pod uwagę nie tylko bezpośrednią emisję CO2 - na przykład CO2 emitowany podczas topienia rudy żelaza - ale także emisje mające miejsce podczas produkcji innych surowców niezbędnych do procesu produkcji stali, na przykład energii elektrycznej lub wodoru.

W odniesieniu do strategii rozważanych przez europejskich producentów stali - którzy jako główne metody produkcji stosują głównie technologię wielkiego pieca (BF) / zasadowego pieca konwertorowego (BOF) oraz do pewnego stopnia technologię elektrycznego pieca łukowego (EAF) - należy wymienić przede wszystkim następujące.

Istnieje wiele strategii i technologii, które są obecnie wdrażane i testowane przez producentów stali, jednak nie wszystkie z nich mogą pozwolić na osiągnięcie równowagi neutralności węglowej. W artykule nie będziemy szczegółowo badać tych podejść, które nie pozwalają osiągnąć wspomnianego celu, a skupić się tylko na tych, które mogą na to pozwolić.

Wzrost wykorzystania technologii EAF.Technologia przewiduje wykorzystanie złomu stalowego jako głównego składnika do produkcji stali. Chociaż technologia ta może w pewnym maksymalnym stopniu umożliwić sprostanie wyzwaniu związanemu z neutralnością węglową, wykonalność tej technologii będzie zależeć od dostępności wysokiej jakości złomu stalowego i ekonomicznie opłacalnej zielonej energii elektrycznej. Pytanie o energię elektryczną wynika z faktu, że musimy wyeliminować emisje dwutlenku węgla we wszystkich branżach dostarczających nakłady dla sektora stalowego, w tym dla sektora energetycznego.

Optymalizacja technologii EAF z bezpośrednią redukcją żelaza (DRI).. When the high-quality steel scrap is scarce resource EAF may use DRI as a component to be used together with steel scrap to produce steel of required quality. However, DRI technology requires extensive use of natural gas resources so it might be feasible for regions with available vast supply of natural gas and affordable natural gas prices.

Wdrażanie technologii DRI i EAF z wykorzystaniem wodoru.Wykorzystanie wodoru do produkcji DRI pozwala zmniejszyć - jeśli nie całkowicie wyeliminować - emisję CO2 i jednocześnie nie wymaga stosowania znacznych ilości gazu ziemnego, co eliminuje problem opisany w powyższym rozwiązaniu.

Głównym problemem związanym z tą technologią jest produkcja wodoru. Wodór można podzielić na dwie kategorie, pierwsza to tzw. wodór szary i zielony. Szary wodór jest wytwarzany w procesie parowego reformingu metanu, który w swojej rybitwie powoduje emisję CO2, co nie pozwala na osiągnięcie całkowitej neutralności węglowej. Z drugiej strony produkcja zielonego wodoru - czyli tego, co jest wytwarzane poprzez elektrolizę wody - jest jedyną opcją bezemisyjną, która jednocześnie jest energochłonna.

W przypadku wykorzystania alternatywnych źródeł energii odnawialnej - co oznacza, że taka produkcja wodoru jest całkowicie bezemisyjna - to kwestia ceny energii elektrycznej będzie obecnie wysoka i pozornie niewykonalna.

Jednak wraz z upływem czasu sytuacja się zmienia, a ekonomiczna wykonalność wykorzystania zielonego wodoru do produkcji DRI będzie pirouetować wokół ceny zielonej energii - która spada i oczekuje się, że będzie dalej spadać, sprawności elektrolizerów – jaka się poprawia, oraz kosztu emisje CO2 - które rosną.

Poza ograniczeniami operacyjnymi wpływającymi na efektywność wykorzystania technologii i metod bardziej przyjaznych dla środowiska, realizacja projektów będzie uzależniona od dostępności środków finansowych – a budżety inwestycyjne będą imponujące – i ewentualnego wsparcia rządowego takich projektów.

Poza ograniczeniami operacyjnymi wpływającymi na efektywność wykorzystania technologii i metod bardziej przyjaznych dla środowiska, realizacja projektów będzie uzależniona od dostępności środków finansowych – a budżety inwestycyjne będą imponujące – i ewentualnego wsparcia rządowego takich projektów.

Oczekuje się, że punkt zwrotny dla cen zielonego wodoru nastąpi nieco w roku 2030. Do tego czasu cena zielonego wodoru, która obecnie jest około dwa razy wyższa niż cena szarego wodoru, zrówna się z szarego wodoru i jeszcze bardziej zejdzie poniżej ceny szarego wodoru.

Przedstawiona powyżej ocena efektywności operacyjnej i konkurencyjności nie uwzględnia nakładów inwestycyjnych, które będą wymagane do wdrożenia przejścia na nowe, bardziej przyjazne dla emisji dwutlenku węgla technologie w hutnictwie i branżach pokrewnych, które, jak się oczekuje, będą dość znaczące.

W rzeczywistości – przecież, że produkcja stali na bazi wodoru wydaje się być najbardziej odpowiednią metodą dla Europy - przejście powinno być wielowymiarowe lub innymi słowy, ostatecznie całościowe rozwiązanie będzie mieszanką technologii, od których będzie zależało wdrożenie jednej lub drugiej opcji na wielu indywidualnych cechach i osobliwościach fabryki lub regionu lub obu; w efekcie nie potrzebujemy wyłącznie jednego - nawet jeśli jest to najbardziej efektywne rozwiązanie z punktu widzenia redukcji emisji CO2 - rozwiązania, aby osiągnąć pożądany cel redukcji emisji dwutlenku węgla.

W przypadku pytań lub w celu uzyskania dalszych informacji prosimy o kontakt mailto:office.poland@primeore.eu

15 Konferencja WNP ds. stali i surowców

Raport roczny zaudytowany 2019

Alternatywne możliwości finansowania w górnictwie: co jest tam alternatywne