1. Какую цель ставит перед собой сталелитейная промышленность в отношении выбросов к 2050 году?
Сталь необходима для современной экономики — она повсюду вокруг нас. Вспомните здания, дороги и мосты, транспортные средства и оборудование, инструменты и компоненты двигателей. Она также находится прямо у нас в руках в виде электрических компонентов каждого мобильного устройства. Сегодня производство этого материала составляет около 7 процентов мировых выбросов CO₂ и отвечает за около 8 процентов мирового спроса на энергию, согласно данным Международного энергетического агентства (IEA), что делает его сложной задачей для декарбонизации.
Сталелитейная промышленность стремится к нулевому уровню выбросов к 2050 году — позиции, которая будет достигнута только в том случае, если сектор сможет пройти глубокую технологическую трансформацию для смягчения последствий выбросов и повышения эффективности, что в настоящее время уже происходит. Чтобы оставаться на верном пути, производители должны добиться снижения углеродоемкости на 45 процентов и снижения на 65 процентов для вторичной стали к 2030 году.
2. Как формируется сталь и какие материалы участвуют в процессе ее производства?
Если говорить очень упрощенно, сталь формируется путем смешивания железной руды, иногда лома, и источника углерода, обычно угля, в печах, которые в большинстве частей мира до сих пор работают на каменном угле — фактически, 75 процентов топливного баланса стали в настоящее время приходится на уголь. В печи эти материалы расплавляются в первую версию жидкой стали, в которую добавляют негашеную известь для агломерации и устранения нежелательных остатков. Затем ее охлаждают, прокатывают и промышленно преобразуют в конечную форму.
В этом процессе неизбежно возникают выбросы. Добыча железной руды относится к числу видов деятельности, которые сегодня считаются трудно поддающимися декарбонизации, в то время как производство угля и негашеной извести также создает значительные выбросы. Прокатка и окончательная трансформация стали требуют большого количества энергии, чаще всего получаемой из ископаемого топлива. Но ничто не сравнится со сжиганием каменного угля в доменных печах, на долю которого приходится почти весь углеродный след металла, поэтому сектор срочно стремится декарбонизировать этот этап.
3. Какие типы печей используются для производства стали в Испании и каково текущее соотношение между ними?
В Испании производство стали осуществляется в основном с использованием двух типов печей: доменная печь — конвертер (BF-BOF) и электродуговая печь (EAF).
Доменная печь — конвертер: этот тип печи использует коксующийся уголь в качестве основного источника энергии и необходим для производства стали из железной руды. Процесс включает восстановление железной руды для получения чугуна, который затем перерабатывается в сталь. Хотя доменные печи стали менее распространены, чем раньше, из-за экологических проблем и поиска более эффективных и чистых методов, они по-прежнему остаются важной частью сталелитейного производства в некоторых секторах.
Электродуговая печь: этот метод использует электричество для плавления стального лома и других материалов. Он более энергоэффективен и позволяет лучше контролировать состав стали. Кроме того, он более гибкий с точки зрения производства и может быстро адаптироваться к различным типам стали и потребностям рынка. Производство стали в электрических печах также является более устойчивым, поскольку оно не зависит от угля и выбрасывает меньше CO2.
Что касается пропорций, то электродуговые печи приобрели большую значимость в последние годы. В 2022 году было подсчитано, что около 70% производства стали в Испании осуществлялось с помощью электродуговых печей, в то время как остальные 30% производились в доменных печах. Эта тенденция обусловлена растущим спросом на более энергоэффективные производственные процессы.
Спрос на более энергоэффективное сталелитейное производство означает, что 70% стали, производимой сегодня в Испании, изготавливается в электродуговых печах и только 30% — в доменных.
4. Почему трудно декарбонизировать добычу железной руды?
Декарбонизация сталелитейного производства и декарбонизация горнодобывающей промышленности идут рука об руку. Добыча железной руды — это сложный процесс, часто происходящий в отдаленных карьерах или подземных условиях. Горнодобывающие компании должны копать на тысячи метров вниз, используя тяжелую технику, учитывая необходимость обеспечения бесперебойного электроснабжения площадки, эксплуатации крупной инфраструктуры и дизельных грузовиков 24/7. Однако автоматизация, электрификация и цифровые решения выходят на первый план с точки зрения принятого использования технологий. Здесь ABB также выступает в качестве катализатора, обладая опытом в области подъема, измельчения и электрификации грузовиков для транспортировки руды, а также интегрированных систем электрификации и автоматизации от карьера до порта.
5. Какие технологии предлагает ABB для оптимизации процессов и повышения энергоэффективности в сталелитейном секторе?
ABB предлагает широкий портфель технологий для металлургической промышленности, сочетая передовую автоматизацию, электрификацию и цифровые решения для сталелитейных заводов, в плавильных цехах и для последующих линий литья и обработки, а также отраслевое металлургическое оборудование, такое как опции электромагнитного перемешивания (EMS) ArcSave® для электродуговых печей (EAF), управления потоком и операций с промежуточным ковшом. ABB поддерживает повышение производительности, безопасности и энергоэффективности операций.
Современная металлургия с использованием EAF известна огромными температурными и химическими различиями внутри ванн с жидкой сталью. Энергопотребление чрезвычайно высоко и дорогостояще, но такие технологии, как ABB ArcSave EMS, могут быть развернуты для создания равновесия в расплаве. В партнерстве с Tenova это решение было внедрено на одной из крупнейших в мире EAF, эксплуатируемой клиентом Acciaieria Arvedi в Италии. Результаты включают снижение температуры выпуска на 18 градусов Цельсия, снижение потребления электроэнергии на 3,6 процента и ежегодное сокращение выбросов CO₂ на заводе на 38 000 тонн. Производительность EAF также увеличилась на 5 процентов.
Далее в производственном процессе ABB отвечает за постоянную автоматизацию и электрификацию, включая внедрение новых энергоэффективных двигателей и приводов, когда сталелитейщики эксплуатируют свои линии горячей прокатки, холодной прокатки, отжига, гальванизации и травления. Здесь можно добиться прироста энергоэффективности, оптимизации мощности и управления с помощью ряда аппаратных и программных средств.
В области цифровизации решение ABB Ability™ Smart Melt Shop для операционного совершенства сочетает в себе отслеживание кранов и ковшей в реальном времени, автоматическое и оптимизированное планирование работы кранов и прогнозирование потери тепла. Преимущества включают повышение скорости литья на 4-5 процентов, на 5 градусов Цельсия меньше дугового разряда за плавку, сокращение задержек, уменьшение количества брака материала и повышение безопасности персонала. В то же время ABB Ability™ Energy Management System, цифровое решение для мониторинга и оптимизации энергопотребления и углеродного следа, улучшает планирование операций и обеспечивает экономию затрат на электроэнергию от 5 до 15 процентов на всем заводе.
Цифровые и металлургические технологии ABB обеспечивают более безопасные, продуктивные и устойчивые операции в плавильном цехе.
6. Какой основной источник углерода используется в доменных печах для производства стали?
Сегодня основным источником углерода, используемого в доменных печах для производства стали, является минеральный уголь, также известный как коксующийся уголь. Тем не менее, ведутся поиски более экологичных альтернатив, включая продукты, получаемые путем интеграции водорода в состав сырья. Выделяют три основных пути декарбонизации первичного производства стали: улавливание и хранение углерода (CCS), электрохимия, а также технология прямого восстановления железа с использованием водорода (при этом природный газ применяется в качестве промежуточной технологии до тех пор, пока водородный процесс не достигнет зрелости). Существуют и другие решения, например использование древесного угля из собственных экологически устойчивых лесных плантаций в Бразилии, что демонстрирует пример компании Aperam, клиента ABB.
Другие компании, такие как Boston Metal и SSAB, имеют пилотные линии по производству стали без использования ископаемого топлива. Это стало возможным благодаря соглашениям с производителями экологически чистой энергии, которые гарантируют поставки для обеспечения минимального объема операций. Шведская компания SSAB рассчитывает запустить коммерческую линию по производству стали без ископаемого топлива уже в 2026 году.
Также в Швеции горнодобывающая компания LKAB разработала метод обогащения руды, позволяющий удалять часть примесей прямо на месте добычи. Этот метод использовался для получения первой в мире партии стали без выбросов в 2021 году, выплавленной в дуговых сталеплавильных печах компании SSAB и в конечном итоге приобретенной Volvo Group.
Крупная индийская компания Tata Steel разработала рентабельный процесс переработки железной руды в порошок. Эта более чистая форма материала позволяет сократить выбросы в доменных печах на величину до 10 процентов. Компания также проводит модернизацию своего оборудования для работы на природном газе и стремится достичь углеродной нейтральности к 2045 году.
Очевидно из этих примеров, что поддержка со стороны сталелитейной промышленности, цепочки поставок, заказчиков и потребителей имеет жизненно важное значение: именно спрос формирует часть стимулов для необходимых изменений. В сочетании с законодательными, технологическими факторами и факторами устойчивого развития этот переход становится возможным.
7. Почему в мире сложно внедрять электродуговые печи?
Электродуговые печи производят жидкую сталь с помощью электрической дуги, при этом углеродный след снижается на величину до 95% по сравнению с доменными печами, работающими на угле. Тем не менее, электродуговую печь сложно внедрить во многих регионах мира, поскольку для ее эффективной работы требуется обильная, доступная и чистая энергия (ветровая, солнечная и зеленый водород). Кроме того, инфраструктура и доступность этих источников энергии различаются в зависимости от региона.
Кроме того, жизненный цикл существующих доменных печей может превышать 40 лет, поэтому, даже если решение об инвестициях в данную технологию было принято на рубеже веков, некоторые производители будут вынуждены использовать свои текущие печи еще в течение 15–20 лет.
8. Какие источники энергии считаются чистыми и могут быть использованы для стимулирования производства стали?
Безусловно, для процветающего и устойчивого будущего сталелитейной промышленности необходимы кардинальные изменения. Производители стали, производители оригинального оборудования (OEM), включая изготовителей печей, демонстрируют свою приверженность этому будущему. Это захватывающее направление развития на ключевых рынках стали в Европе, Азии и Северной Америке. Доступные или находящиеся в разработке источники чистой энергии включают гидро-, ветровую, солнечную энергетику и зеленый водород. Задача масштабирования до необходимых уровней и поиска способов поощрения или стимулирования их внедрения на рынках с менее развитой инфраструктурой или цепочками поставок остается сложной проблемой — для этого потребуются инвестиции, достигающие триллионов долларов США в период до 2050 года.
Спрос существует. Первые компании, производящие сталь без использования ископаемого топлива, продали миллионы тонн своей продукции по премиальным ценам. Возьмем, к примеру, конечных потребителей в автомобильной промышленности: их клиенты требуют отслеживания происхождения металлов и материалов, используемых в транспортных средствах, и ищут стальную продукцию, пригодную для конкретного применения и произведенную с использованием более чистых источников энергии. Производительность и качество должны сохраняться на прежнем уровне, но уже с маркировкой экологической устойчивости.
Водород часто называют главным ответом на этот вызов, однако до его серьезного технологического прорыва, необходимого для жизнеспособности в сталелитейном производстве, наиболее вероятным сценарием остается использование энергетического микса. Оптимизация ощущается особенно на фоне таких инициатив, как Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology (HYBRIT), реализуемая компаниями SSAB, LKAB, Vattenfall и другими в Швеции. Компания ABB участвует в этапах разработки, предоставляя консультации, решения по автоматизации и электрификации с 2016 года. Мы знаем, что прогнозы предполагают производство стали из зеленого водорода еще до того, как проекту исполнится 10 лет.
9. Какую роль играет цифровизация в процессе декарбонизации и достижении нулевых выбросов?
Описанные выше меры дают сталелитейному сектору перспективу производства стали с нулевыми чистыми выбросами, однако это требует масштабных инвестиций. Именно здесь первостепенную важность приобретают усилия по цифровизации и автоматизации сталелитейных операций, которые способны даже генерировать дополнительный капитал для финансирования перехода и сведения баланса. Цифровизация позволяет выявить и устранить ряд потерь и неэффективностей, о которых многие заводы по всему миру раньше не подозревали.
Оптимизация с помощью цифровых решений может способствовать повышению экологической устойчивости за счет роста производительности, безопасности, инноваций, качества и уровня сервиса. Например, энергетические сети металлургических заводов можно оптимизировать путем точного прогнозирования энергопотребления и мониторинга всех входящих и исходящих потоков, включая топливо.
Компания ABB помогла клиентам повысить операционную эффективность с помощью интегрированного цифрового решения ABB Ability™ Manufacturing Operations Management для металлургии (MOM4Metals), которое автоматизирует ввод заказов, их валидацию, отслеживание и соблюдение стандартов качества. Одной из возможностей является отслеживание и планирование операций от печи до чистовых прокатных станов.
Что касается персонала, то вопросами, которые чаще всего задают клиенты, являются безопасность, повышение эффективности или снижение рабочей нагрузки. ABB может цифровизировать обходы операторов по обслуживанию, собирать и анализировать информацию (иногда с помощью инструментов искусственного интеллекта и машинного обучения), чтобы предоставлять операторам нужные данные в нужный момент времени.
