Залізний детокс: як технологія HYBRIT запускає епоху «зеленої» металургії
Шведський досвід, який змінює хімію важкої промисловості. Як виплавити сталь без вугілля та CO₂ і чому копіювати цей шлях непросто
Сьогодні розповідаємо про «залізний детокс», а саме — як технологія HYBRIT відкриває епоху зеленої металургії. Вірите, що металургія може бути одночасно зеленою та економічно ефективною? Чекатимемо ваших вражень і думок у коментарях.
Металургійна промисловість залишається одним із найбільших кліматичних викликів для світу. За оцінкою World Steel Association, на сталеву галузь припадає близько 7% глобальних викидів парникових заходів. Міжнародне енергетичне агентство (МЕА) так само оцінює прямі викиди сектору заліза та сталі приблизно у 7%.
Для Швеції ця проблема має особливе значення: перехід від доменних печей і вугілля до технології HYBRIT може скоротити загальні викиди CO₂ країни більш ніж на 10%. Саме тому шведська ініціатива стала одним із найважливіших промислових проєктів у Європі.
Для розуміння: підприємство HYBRIT Development AB — це ініціатива трьох компаній, створена у 2016 році для розробки технології виробництва заліза й сталі без викопного палива. Ролі розподілені так:
SSAB (або «Шведська сталь») — сталеливарна компанія, що відповідає за виробництво сталі та промислове впровадження технології.
LKAB — шведська державна гірничодобувна компанія. Названа на честь двох залізорудних гір Luossavaara та Kiirunavaara на півночі Швеції.
Vattenfall — енергетичний гігант, який відповідає за генерацію електроенергії без викопного палива, виробництво водню та всю енергетичну частину ланцюжка.
Консорціум HYBRIT представив результати шести років досліджень і заявив, що технологія виробництва сталі без викопного палива повністю готова до переходу на індустріальний рівень. Проєкт уже довів, що повний ланцюжок — від залізорудної сировини до готової сталі — може стабільно працювати у напівпромисловому масштабі.
Як це працює?
Щоб зрозуміти революційність цієї технології, спочатку варто подивитися на класичний спосіб. Традиційна металургія базується на доменних печах і коксівному вугіллі. Вугілля тут виконує роль не лише джерела тепла, а й відновника: воно забирає кисень із залізної руди, перетворюючи її на метал. Побічним продуктом цього процесу є колосальні обсяги CO₂. У звіті HYBRIT зазначено, що типовий показник для рудної металургії на базі доменних печей становить приблизно 2200 кг CO₂e (в еквіваленті вуглекислого газу) на тонну сталі. Це майже 90% усіх викидів у цьому секторі.
Технологія HYBRIT кардинально змінює саму хімію процесу: замість вугілля як відновник використовують водень, вироблений за допомогою «зеленої» електроенергії. У результаті побічним продуктом реакції стає не вуглекислий газ, а звичайна вода.
Суть у тому, щоб замінити викопне паливо на кожному ключовому етапі. Ланцюжок складається з кількох елементів: виробництва залізорудних обкотишів, прямого відновлення воднем, зберігання газу та плавлення губчастого заліза в електродуговій печі.
Перший етап починається на підприємствах компанії LKAB у Мальмбергеті. Виробництво залізорудних обкотишів потребує високих температур, і в класичній схемі для цього спалюють мазут чи газ. У межах HYBRIT їх замінили на біоолію, яка є 100% відновлюваним паливом. За даними звіту, у 2023 році завод у Мальмбергеті виробив 3,6 млн тонн обкотишів, що дозволило уникнути 50 тисяч тонн викопних викидів вуглецю. Паралельно тестували й інші варіанти нагріву — зокрема водневі пальники та електричний індукційний нагрів.
Ключовий етап — пряме відновлення заліза воднем. Обкотиші подають у шахтну піч, де вони контактують із гарячим воднем. Водень реагує з киснем у руді, а залізо відновлюється без плавлення, зберігаючи тверду форму. На виході утворюється так зване губчасте залізо (DRI). Побічним продуктом реакції стає водяна пара.
Для роботи системи потрібні гігантські обсяги водню. На пілотній базі HYBRIT у місті Лулео встановили комерційні лужні електролізери потужністю близько 4,5 МВт. Вони розщеплюють воду за допомогою чистої відновлюваної енергії.
Окремий важливий елемент — підземне сховище водню поблизу Лулео типу LRC (Lined Rock Cavern). Це порожнина, створена в скельній породі на глибині близько 30 метрів із герметичною сталевою оболонкою. Воно має об’єм 100 кубічних метрів і тримає водень під тиском до 25 МПа. Сховище необхідне для балансування системи: водень накопичують тоді, коли електроенергія на ринку дешевша, і витрачають під час пікових цін. За даними Vattenfall, така оптимізація вже забезпечила реальну економію від 26% до 31%, а моделювання майбутніх сценаріїв обіцяє вигоду до 40%
.На фінальному етапі губчасте залізо плавлять в електродуговій печі. Цей крок HYBRIT розробляв спільно з дослідницьким інститутом Swerim. У процесі використовують чисту електроенергію, а також мінімальні обсяги біовуглецю та кисню для формування шлаку. Під час випробувань у 10-тонній печі провели понад 400 тестових плавок і виробили понад 1000 тонн сталі, яка за якістю повністю відповідає світовим стандартам.
Чи справді це «абсолютний нуль»?
У презентаціях HYBRIT часто фігурує цифра 0,0 тонни CO₂ на тонну сталі. Але тут потрібна точність: ідеться про усунення саме викопних викидів. У звіті порівняли чотири варіанти процесу:
Основний варіант HYBRIT: відновлення воднем + плавлення з мінімальним додаванням біовуглецю. Дає 0,0 тонни викопних CO₂, але залишає близько 5 кг біогенних викидів на тонну, які за міжнародними правилами округлюються до нуля.
Варіант із навуглецюванням: відновлення воднем, але з додаванням природного газу для насичення заліза вуглецем. Викиди — до 64 кг CO₂ на тонну.
Гібридний варіант: відновлення сумішшю водню та природного газу. Викиди — 203 кг CO₂ на тонну.
Класичне пряме відновлення на природному газі: дає близько 383 кг CO₂ на тонну матеріалу.
Навіть у найчистішому першому варіанті залишається приблизно 5 кг викопного CO₂ через знос графітових електродів у печі. Тому коректніше говорити про «майже повне усунення викопних викидів», що все одно є фантастичним результатом порівняно з доменними 2200 кг
Технологічні бонуси
Інженери виявили, що відновлене воднем губчасте залізо має високий ступінь металізації (98–99%) і 0% вуглецю. Це робить матеріал міцнішим. У тестах на падіння з висоти 10 і 30 метрів шведське водневе залізо показало значно кращу стійкість до руйнування, ніж зразки, отримані за допомогою природного газу (які розсипалися на рівні 55–70%).
Для бізнесу це означає: менше логістичних втрат сировини при перевалці, можливість тривалого зберігання (матеріал повільно старіє) та менші витрати електрики на плавлення через низький вміст залишку оксидів.
✂️ Хочете дізнатися більше? Як шведська технологія стає світовим трендом, чому розробники раптово відмовилися від $500 млн гранту в США та як Німеччина будує заводи під замовлення для Mercedes і Porsche — дивіться у повному випуску на ютуб-каналі «Ланка Медіа»!