Inicjatywa HYBRIT, czyli produkcja stali bez udziału paliw kopalnych. Fossil-free steel

W kwietniu br. zakład pilotażowy HYBRIT w Luleå w Szwecji zakończył testową produkcję żeliwa gąbczastego – wyprodukowano ponad 100 t, co pokazuje, że do redukcji rudy żelaza można stosować wodór zamiast paliw kopalnych, czyli węgla i koksu (fot. SSAB)

Firmy SSAB, LKAB i Vattenfall działające w ramach inicjatywy HYBRIT, jako pierwsze na świecie wyprodukowały stal bez udziału paliw kopalnych na drodze redukcji rudy żelaza za pomocą wodoru.

Po raz pierwszy w historii wodór wytworzony z „zielonej” energii elektrycznej, wyprodukowanej bez udziału paliw kopalnych (fossil-free steel), został wykorzystany do bezpośredniej redukcji rudy żelaza na skalę przemysłową w ramach pilotażowej inicjatywy HYBRIT. Zasadniczym celem inicjatywy jest wyeliminowanie emisji dwutlenku węgla z procesu produkcji stali przez stosowanie wyłącznie surowców wolnych od paliw kopalnych i energii elektrycznej wygenerowanej również bez udziału paliw kopalnych na wszystkich etapach łańcucha produkcyjnego.

Przemysł stalowy generuje obecnie 7% całkowitej światowej emisji dwutlenku węgla – inicjatywa HYBRIT ma potencjał zmniejszenia emisji dwutlenku węgla o 10% w Szwecji i 7% w Finlandii.

Fot. SSAB

Inicjatywa HYBRIT
W HYBRIT zaangażowane są firmy SSAB, LKAB i Vattenfall, prace rozpoczęto w 2016 r. Zakład pilotażowy do próbnej produkcji żeliwa gąbczastego rozpoczął działalność 31 sierpnia 2020 r., a 24 marca 2021 r. wybrano szwedzką miejscowość Gällivare na miejsce planowanej instalacji demonstracyjnej do produkcji żelaza gąbczastego na skalę przemysłową bez udziału paliw kopalnych.

W ramach inicjatywy HYBRIT ma powstać całkowicie wolny od paliw kopalnych łańcuch wartości, z niezawierającymi paliw kopalnych peletami rudy żelaza, energią wolną od paliw kopalnych i wodorem. Zasadniczym celem jest wyeliminowanie emisji dwutlenku węgla z procesu produkcji stali poprzez stosowanie wyłącznie surowców wolnych od paliw kopalnych i energii wolnej od paliw kopalnych we wszystkich częściach łańcucha wartości. Zamiast tego emisją będzie woda (para wodna).

Szwecja produkuje więcej energii elektrycznej niż zużywa. W ramach inicjatywy HYBRIT możliwe jest wykorzystanie tej dodatkowej energii odnawialnej w procesie elektrolizy, niezbędnym do produkcji wodoru z wody. Wodór będzie przechowywany w postaci gazowej (docelowo w ogromnych podziemnych jaskiniach) i gotowy do użycia w produkcji żelaza. Inwestycje o wartości około 250 mln koron szwedzkich (ok. 26,4 mln euro) w pilotażowy magazyn wodoru w postaci gazowej obejmują 2 lata eksploatacji i program testowy.

Produkcja żelaza i stali wolnej od paliw kopalnych przy użyciu technologii opracowanych w ramach inicjatywy HYBRIT będzie wymagać rocznie ok. 15 TWh energii elektrycznej wolnej od paliw kopalnych przy obecnym poziomie produkcji firmy SSAB. Po zakończeniu proekologicznych przekształceń firmy LKAB, odpowiadającej za wydobycie rudy żelaza, będzie wymagać ok. 55 TWh rocznie (obejmie to większość zapotrzebowania SSAB).

Jednym z powodów, dla których firma SSAB i jej partnerzy są przekonani, że podążają właściwą drogą, są wyniki studium wykonalności ukończonego w 2018 r. Obliczono wówczas, że produkcja stali bez udziału paliw kopalnych wiązałaby się ze wzrostem kosztów o 20–30% w porównaniu z tradycyjną technologią. Różnica ta stale się jednak zmniejsza, ponieważ wzrastają koszty emisji dwutlenku węgla, a także obniżeniu ulegają koszty produkcji energii elektrycznej bez udziału paliw kopalnych.

Redukcja rudy żelaza następuje w oparciu o wodór, który z kolei powstaje w procesie elektrolizy wodoru z wody – na zdjęciu kolumny elektrolityczne (fot. SSAB)

HYBRIT produkuje żeliwo
W kwietniu br. zakład pilotażowy HYBRIT w Luleå w Szwecji zakończył testową produkcję żeliwa gąbczastego, co pokazuje, że do redukcji rudy żelaza można stosować wodór zamiast paliw kopalnych, czyli węgla i koksu, które dotychczas służyły do usuwania tlenu. Produkcja jest ciągła i dobrej jakości. Do tej pory wyprodukowano ponad 100 t żeliwa.

Redukcja rudy żelaza w oparciu o wodór jest kamieniem milowym, który toruje drogę dla przyszłego wytwarzania żelaza i stali bez paliw kopalnych. SSAB, LKAB i Vattenfall zamierzają, poprzez HYBRIT, stworzyć najbardziej wydajny łańcuch wartości „od kopalni do stali”, tak aby w 2026 r. jako pionierscy producenci wprowadzić na rynek stal produkowaną bez udziału paliw kopalnych na skalę przemysłową.

„To wielki przełom zarówno dla nas, jak i dla całego przemysłu hutniczego. LKAB jest przyszłym dostawcą żeliwa gąbczastego i jest to ważny krok we właściwym kierunku. Postępy w HYBRIT pozwalają nam utrzymać tempo naszej transformacji i już w 2026 r. rozpoczniemy przejście na produkcję na skalę przemysłową w pierwszym zakładzie demonstracyjnym w Gällivare w Szwecji. Gdy LKAB przekształci całą swoją produkcję w żeliwo gąbczaste, umożliwimy transformację przemysłu stalowego i zmniejszymy globalną emisję o około 35 mln t rocznie, co odpowiada dwóm trzecim całkowitych emisji w Szwecji. To najwspanialsze działanie, jakie możemy wspólnie podjąć dla dobra klimatu” – mówi Jan Moström, prezes i dyrektor generalny LKAB.

„Ten przełom technologiczny jest krytycznym krokiem na drodze ku stali wolnej od paliw kopalnych. Jest to potencjał nie do przecenienia. Możemy osiągnąć cele klimatyczne w Szwecji i Finlandii oraz przyczynić się do redukcji emisji w całej Europie. Jednocześnie powstają nowe miejsca pracy i sukcesy eksportowe. Wysokowytrzymała stal wolna od paliw kopalnych pozwoli pomóc naszym klientom wzmocnić ich konkurencyjność. Już w tym roku dostarczymy klientom niewielkie ilości stali wyprodukowanej przy użyciu redukcji wodorowej, a w 2026 r. będziemy dostarczać stal wolną od paliw kopalnych na dużą skalę” – mówi Martin Lindqvist, prezes i dyrektor generalny SSAB.

Zmniejszanie zawartości CO2 w stali samochodowej
Firma SSAB dokonuje innych dużych inwestycji – równolegle z działaniami w ramach inicjatywy HYBRIT –  przekształcając istniejące wielkie piece z węglowych na elektryczne piece łukowe. Wielki piec w zakładzie SSAB w Oxelösund powinien zostać przebudowany w 2025 r. Firma, zamiast płacić ogromne koszty związane z przebudową tego giganta, podjęła decyzję o zastąpieniu go elektrycznym piecem łukowym. Do elektrycznego pieca łukowego może być podawany złom stalowy, dopóki zakład HYBRIT nie wyprodukuje własnego surowca – żeliwa gąbczastego, będącego surowcem do produkcji stali SSAB. SSAB planuje również, aby w nadchodzących latach przekształcić 3 inne wielkie piece w elektryczne piece łukowe.

„90% naszych obecnych emisji CO2 pochodzi z przetwarzania rudy żelaza na żelazo przy użyciu koksu”− mówi Thomas Hörnfeldt, wiceprezes ds. zrównoważonego rozwoju i spraw publicznych SSAB. „HYBRIT to wyeliminuje. Pracujemy również nad pozostałymi 10%, stosując w naszych procesach grzewczych energię elektryczną, gdzie tylko jest to możliwe – w operacjach walcowania i obróbki cieplnej. Tam, gdzie nie jest to możliwe, niektóre procesy bowiem wymagają temperatury powyżej 1000°C, w przyszłości będziemy używać biogazu” – dodaje Thomas Hörnfeldt.

SSAB i partnerzy na drodze do produkcji stali bez udziału paliw kopalnianych (fot. SSAB)

Autor: Dariusz Piernikarski