В информационных потоках наибольшее внимание привлекают к себе новости автопроизводителей о создании новых моделей автомобилей на водороде. Но настоящее распространение водородные технологии получат при том условии, что в водородный проект включатся металлурги, химики и другие базовые отрасли промышленности.
Поэтому так важны свидетельства движения в сторону водородных технологий такой “тяжелой” и традиционной отрасли, как производство стали.
На долю производства стали приходится 22% всех промышленных выбросов углеродов в Европе. Надвигающиеся “зеленые” санкции со стороны государств заставляют металлургов думать о том, как снизить углеродный след в своей продукции. Одним из таких способов является более широкое применение водорода в производственных процессах.
В производстве стали водород может быть использован двумя основными способами:
- как дополнительный восстановительный агент в производстве стали с использованием технологического комплекса доменная печь - кислородный конвертер (BF-BOF);
- как единственный восстановительный агент в процессе, известном как прямое восстановление железа (DRI).
Комплекс доменная печь - кислородный конвертер
Процесс производства стали с использованием технологического комплекса доменная печь - кислородный конвертер (BF-BOF) является сегодня основным способом производства стали в Европе. На его долю приходится 60% производства. Основные выбросы CO2 приходятся на доменные печи и коксохимическое производство.
Использование водорода позволяет сократить выбросы на обоих участках. Оно сокращает количество используемого угля, а в качестве отходов производства вместо CO2 получается обычная вода. При сегодняшних технологиях использование водорода в процессе BF-BOF помогает сократить выбросы СО2 на 21%.
По техническим причинам использование одного лишь водорода в доменной печи невозможно, поэтому применение водорода в BF-BOF производстве может расцениваться лишь как переходный шаг на пути к производству по принципу прямого восстановления железа. Сегодня ведущие европейские производители стали - ArcelorMittal во Франции, Voestalpine в Австрии (проект H2FUTURE), TATA в Голландии (проект H2ERMES), Thyssenkrupp - ведут такие проекты.
Но вклад таких проектов сталелитейщиков в сокращение выбросов углерода можно будет оценить только с учетом того, насколько “зеленый” водород они планируют использовать.
В настоящее время компании планируют использовать “серый” или “водород, полученный из природного газа, или “голубой” водород, полученный при помощи атомной энергетики, при этом они утверждают, что готовы переключиться на “зеленый” водород, как только он станет доступен.
Прямое восстановление железа в электродуговых печах
В процессе прямого восстановления железа железная руда восстанавливается в твердом состоянии, в результате чего получается т.н. “губчатое железо”. Далее в электродуговых печах губчатое железо переплавляется в сталь. В производственном процессе сегодня используется углерод в виде угольной пыли, природного газа или других источников углерода.
Технология прямого восстановления железа не является чем-то новым, она используется с 60-ых годов прошлого века. В Европе есть единственный комбинат в Гамбурге, принадлежащий компании ArcelorMittal, производящий 0,6 млн. тонн стали в год. Но на этом производстве не используется чистый водород.
Технология прямого восстановления железа может использоваться в сочетании с доменным производством, где брикетированное губчатое железо поступает в домну, что позволяет сократить количество используемого кокса.
В Европе на сегодняшний день реализуется четырнадцать проектов по прямому восстановлению железа. Проекты находятся на разных стадиях зрелости - от проектной стадии до пилотного производства. К середине 2020-ых годов такие производства появятся в нескольких европейских городах.
Так ArcelorMittal запустит в промышленную эксплуатацию производство в Гамбурге, в 2026 - в Бремене. Salzgitter AG запустит в 2022 завод в Зальцгиттере (Германия), SSAB откроет производство в 2026 г. в Швеции, Thyssenkrupp - завод в Дуйсбурге в 2025 г., Liberty - в 2025 г. в Румынии, H2 Green Steel - в 2024 г. в Швеции. В большинстве проектов предполагается использование электродуговых печей, в некоторых как промежуточный вариант будут использоваться доменные печи.
Суммарное производство девяти проектов DRI в Европе составит 20,45 млн. тонн в год, что составляет только небольшую часть от современного европейского производства стали (159 млн. тонн).
Поскольку сегодня “зеленый” водород доступен только в небольших объемах, в производстве стали будет использоваться природный газ или “серый” водород. ArcelorMittal планирует использовать “голубой” водород в своих проектах. Но многие производители стали работают над тем, чтобы снизить углеродный след в своей продукции за счет использования для производства водорода и электричества возобновляемых источников энергии.