Эта статья была впервые опубликована в Conexão Mineral (вып. № 455) 22 апреля 2024 года.
На долю производства стали приходится от 7 до 9 процентов глобальных выбросов CO2 и около 8 процентов мировой энергии, что делает этот сектор сложным для декарбонизации, но тем не менее полным решимости внедрять более устойчивые методы производства.
Сталелитейная промышленность входит в число подписавших Парижское соглашение сторон и стремится достичь углеродной нейтральности к 2050 году. Это будет достигнуто только в том случае, если в секторе произойдет глубокая технологическая трансформация для снижения выбросов и повышения эффективности, которая уже идет полным ходом.
Проще говоря, сталь получается путем смешивания железной руды, иногда лома, и источника углерода, такого как уголь, в печах, которые в большинстве регионов мира до сих пор работают на каменном угле. В печи эти материалы плавятся в первичный жидкий стальной сплав, в который добавляется негашеная известь для агломерации и удаления нежелательных примесей. Только после этого металл охлаждается, прокатывается и промышленным способом преобразуется в готовое изделие.
Сталелитейная промышленность переживает историческую трансформацию, для успеха которой требуется сотрудничество на всех уровнях глобальной цепочки поставок стали.
В этом процессе неизбежны выбросы. Добычу железной руды особенно трудно декарбонизировать, в то время как производство угля и негашеной извести также приводит к значительным выбросам. Прокатка и окончательная переработка стали требуют большого количества энергии, чаще всего ископаемого происхождения. Однако ничто не сравнится сжиганием каменного угля в доменных печах, на которое приходится практически весь углеродный след металла. По этой причине сектор насущно стремится декарбонизировать этот этап процесса производства стали.
Во всем мире многие производители стали смогли заменить каменный уголь менее загрязняющими источниками углерода. Например, бразильский производитель металлов Aperam высаживает 100 000 гектаров леса в основном для обеспечения древесным углем своих доменных печей. Это, наряду с тем фактом, что эти леса также поглощают и хранят углерод в почве, значительно сокращает выбросы в преддверии перехода на зеленую водородную энергию, который Aperam планирует осуществить, когда это топливо станет более доступным.
Aperam использует древесный уголь, производимый из собственных 100 000 гектаров сертифицированных лесов FSC® в Бразилии, в качестве возобновляемой замены ископаемого кокса в сталелитейном производстве. Древесный уголь помогает существенно снизить выбросы CO₂ и полностью исключить использование добываемого угля.
Американская компания Boston Metal и шведский производитель стали SSAB одними из первых в мире стали использовать электродуговые печи, которые работают на электричестве и имеют углеродный след на 95 процентов ниже, чем у работающих на угле доменных печей. Тем не менее, электродуговая печь трудно внедряема во многих частях света, поскольку для ее целесообразности требуется обильная, дешевая и обязательно чистая энергия (ветровая, солнечная и зеленый водород).
Эти примеры показывают, что жизнеспособные технологии для сокращения и смягчения выбросов уже существуют, хотя ограниченное предложение чистой энергии в настоящее время выступает в роли узкого места для внедрения электродуговых печей в мировой сталелитейной промышленности. Лишь 12 процентов мировой энергетической матрицы приходится на ветровую и солнечную энергию — источники, которые можно эффективно наращивать без экологического ущерба, связанного с гидроэнергетикой. Доступность зеленого водорода также растет, но до реальной альтернативы ему еще далеко.
Упомянутые ранее примеры Boston Metal и SSAB иллюстрируют, насколько важно тесное сотрудничество с поставщиками чистой энергии, готовыми гарантировать поставки зеленого электричества, для успеха пилотных проектов по линиям производства стали без использования ископаемого топлива. Например, шведская компания рассчитывает внедрить линию по производству стали без использования ископаемого топлива в коммерческих масштабах к 2026 году, что считается осуществимым.
Более того, эти компании нашли клиентов, готовых платить надбавку за сталь, произведенную без ископаемого топлива, что помогает профинансировать объективно более высокую стоимость производства на данном переходном этапе. Разумеется, это не реальность всех компаний, хотя это дает четкий сигнал о том, что сталелитейная промышленность и ее клиенты уже приняли решение в пользу декарбонизации металла.
Сталелитейная компания SSAB, государственный производитель железной руды LKAB и государственная энергетическая компания Vattenfall в Швеции сотрудничают в производстве стали с использованием зеленого водорода и электроэнергии без ископаемого топлива, применяя высококачественную железную руду с рудников LKAB вместо коксующегося угля.
Необходимо также выделить инициативы по декарбонизации, реализуемые на этапе добычи полезных ископаемых, где ведутся исследования по разработке новых способов переработки железной руды для облегчения ее превращения в сталь при первичном производстве металлов с меньшим энергопотреблением и выбросами CO2.
Например, индийская компания Tata Steel разработала рентабельный процесс, который превращает железную руду в порошок, обладающий большей чистотой и позволяющий снизить выбросы в доменных печах на величину до 10 процентов. Параллельно они модернизируют оборудование для работы на природном газе, который загрязняет окружающую среду меньше, чем каменный уголь, и одновременно преследуют цель достижения углеродной нейтральности к 2045 году.
Шведская горнодобывающая компания LKAB также разработала метод обогащения руды, который удаляет часть примесей, пока сырье еще находится в шахте. Эта разработка даже использовалась для производства первой в мире партии стали без выбросов в 2021 году, выплавленной в электродуговых печах компании SSAB и в конечном итоге приобретенной Volvo Group.
Бразильский горнодобывающий оператор Vale также разработал метод брикетирования железной руды, который по сути позволяет получать брикеты с более высоким содержанием железа и сокращать выбросы в доменных печах на 10 процентов. Предпринимаются также усилия по снижению углеродного следа негашеной извести, используемой для агломерации шлака в жидкой стали.
Эти действия, подчеркиваю, уже предоставляют сталелитейному сектору средства для производства стали с нулевым уровнем выбросов, хотя и требуют крупных инвестиций. Усилия по цифровизации и автоматизации сталелитейных операций здесь очень важны и могут даже принести дополнительный капитал для финансирования перехода и сведения баланса.
Стратегическое приоритетное внимание к повышению эффективности оказалось особенно актуальным среди китайских производителей стали, которые, не имея доступа к значительным объемам зеленого водорода и чистой электроэнергии, стремятся строить и модернизировать заводы с помощью цифровых решений и решений по автоматизации, оптимизируя операции как с финансовой, так и с экологической точек зрения.
Этот курс на цифровизацию позволил ряду компаний в Азии выявить и преодолеть череду потерь и неэффективностей, которые многие заводы по всему миру осознают только тогда, когда сами активизируют процессы автоматизации.
Индустрия пришла к пониманию того, что не существует единого решения для декарбонизации операций, и что комплексный подход, предполагающий последовательное применение множества существующих и новых технологий, повышающих эффективность, будет иметь ключевое значение. Отдельное единичное оборудование, такое как электромагнитный перемешиватель, улучшает металлургические показатели в электродуговой печи и позволяет снизить энергопотребление и связанные с ним выбросы углерода на 3–5 процентов.
Может показаться, что это немного, но с годами эта экономия превращается в миллионы долларов прибыли, что оправдывает инвестиции в оборудование и позволяет компаниям вносить свой вклад в сокращение углеродного следа на других этапах производства.
Пока еще многое предстоит сделать, чтобы сталь, производимая без использования ископаемого топлива, стала реальностью на мировом рынке. Но, к счастью, трансформация уже происходит, и похоже, пути назад нет. Это хорошая новость для нашей планеты.
