Последние 15 лет он проводил экономические и рыночные исследования международного уровня по темам, которые занимают верхние строчки в повестке дня исследований рынков стали и материалов для сталеплавильного производства. Для ABB он обсуждает факторы, влияющие на декарбонизацию стали в глобальном масштабе.
Очевидно, что декарбонизация сталелитейной промышленности, на долю которой приходится от 7% to 9% мировых выбросов углерода, — это сложная задача, требующая значительных инвестиций, технологических инноваций и совместных усилий по всей цепочке создания стоимости. В рамках этой несколько мрачной оценки действуют весьма интересные факторы. К ним относятся дифференцированный мировой спрос на сталь, применение цифровых технологий для быстрого сокращения выбросов углерода, разработка прорывных технологий в производстве стали и рост доступности стального лома — одного из важнейших рычагов декарбонизации сталеплавильного производства.
Давайте рассмотрим эти факторы по отдельности.
1. ФАКТОР СПРОСА
Прогнозируемый рост спроса на сталь в развивающихся странах в ближайшие десятилетия может создать проблему для декарбонизации. Изображение worldsteel.
Результаты исследований worldsteel (ранее известной как Всемирная ассоциация производителей стали) свидетельствуют о позитивном прогнозе спроса на сталь в среднесрочной перспективе. Продолжающаяся урбанизация, индустриализация и моторизация в развивающихся экономиках, а также активное строительство инфраструктуры в мировом масштабе, вероятно, будут поддерживать глобальный спрос на сталь в среднесрочной перспективе. Ожидается, что некоторые сегменты, такие как электротехническая сталь и стальная продукция, используемая в проектах по генерации энергии ветра и солнца, продемонстрируют особенно сильный рост.
В развивающихся странах (за исключением Китая) прогнозируется, что спрос на сталь продолжит уверенно расти в течение следующих нескольких десятилетий, что может создать проблему для декарбонизации отрасли, поскольку производителям стали в этих странах придется одновременно инвестировать в расширение мощностей и в декарбонизацию уже установленных мощностей — это сложная задача.
Прогноз спроса на низкоуглеродистую сталь также является важным фактором, определяющим декарбонизацию сталеплавильного производства в разных частях мира.
worldsteel ожидает, что отрасли, потребляющие сталь, — такие как автомобильная промышленность, строительство и машиностроение — продемонстрируют быстрый прогресс в декарбонизации своей деятельности и этапа использования продукции во второй половине 2020-х годов. Начиная с конца 2020-х годов, отрасли-потребители стали будут все больше фокусироваться на снижении углеродного следа в своей продукции, что приведет к резкому росту спроса на низкоуглеродистую сталь, который поначалу будет небольшим, но быстро достигнет значительных объемов.
Совокупный эффект этих факторов спроса заключается в том, что мировая сталелитейная промышленность должна сосредоточиться на утверждении стали в качестве важнейшего рычага декарбонизации материалов для всех отраслей, использующих сталь. Для этого нам необходимо объединить присущие стали превосходные качества, такие как долговечность, гибкость, возможность вторичной переработки, возможность повторного использования, экономичность и объем, с разумным путем декарбонизации.
В настоящее время производство стали из железной руды опирается на ископаемое топливо в качестве восстановителей, при этом доминирующей технологией являются доменные печи. Хотя современные доменные печи работают на пределе своей эффективности, достижение радикального сокращения выбросов требует трансформационных подходов к производству железа.
2. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПРОРЫВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Сталелитейная промышленность активно инвестирует в инновационные и прорывные технологии декарбонизации. Несколько разрабатываемых инициатив можно классифицировать следующим образом:
- Использование углерода в качестве восстановителя при одновременном применении технологий улавливания, использования и хранения углерода (CCUS) и/или устойчивой биомассы для предотвращения выбросов ископаемого CO2.
- Замена углерода водородом в качестве восстановителя, в результате чего вместо CO2 образуется H2O (вода).
- Использование электрической энергии посредством процессов, основанных на электролизе.
3. ОГРАНИЧЕНИЯ ДЛЯ ДЕКАРБОНИЗАЦИИ С ПОМОЩЬЮ ПРОРЫВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Ограничения, связанные с доступностью финансирования, «зеленой» энергии и прорывных технологий, могут препятствовать декарбонизации. Изображение worldsteel.
Несколько проблем могут помешать разработке и внедрению более экологичных технологий производства стали:
- Финансовые ограничения: По оценкам, «зеленая» трансформация сталелитейной промышленности потребует значительных инвестиций в размере от 3,5 до 5,5 трлн долларов США по всей цепочке создания стоимости, при этом наибольшая доля (2–3 трлн долларов США) придется на возобновляемые источники энергии и сетевую инфраструктуру.
- Строительные и инженерные ограничения: Достижение амбициозных целей по декарбонизации потребует быстрого расширения производственных мощностей для производства стали на основе водорода и CCUS. Это вызывает опасения по поводу возможностей поставщиков технологий и подрядчиков, потенциальной нехватки рабочей силы и роста затрат.
- Энергетические ограничения: Производство стали на основе водорода и электрификация потребуют огромного количества «зеленой» энергии. Целенаправленное и ускоренное развитие мощностей по генерации низкоуглеродистой энергии имеет решающее значение для «зеленого» перехода сталелитейной промышленности.
- Ограничения по сырью: Растущая роль железа прямого восстановления (DRI) в сталеплавильном производстве увеличит спрос на железную руду марки DRI. Из 2,3 млрд тонн потребления железной руды в 2024 году только около 150 млн тонн приходилось на материал марки DR. Однако, согласно различным прогнозам, этот показатель должен вырасти до более чем 500 млн тонн. Это вызывает опасения по поводу доступности необходимых объемов материала марки DR. Существуют также опасения по поводу доступности природного газа для производства DRI на его основе.
- Разработка и оптимизация: Прорывные технологии, такие как производство стали на основе водорода и CCUS, включают разработку и оптимизацию многочисленных процессов. Например, производство стали на основе водорода требует достижений в области крупномасштабной транспортировки, хранения, рециркуляции и очистки водорода, плавки и рафинирования DRI без содержания углерода, а также проектирования заводов.
4. Промежуточная стратегия по сокращению выбросов CO2 и затрат
В 2019 году, в рамках решимости сталелитейной промышленности взять на себя ответственность за воздействие своей деятельности, совет членов worldsteel (представляющий более 80% мирового производства стали) согласился внедрить Step Up. Этот процесс анализа эффективности рекомендует инвестиции в энергосберегающие технологии, повышение энергоэффективности и оптимизацию использования сырья. Он может применяться ко всем сталелитейным операциям и основан на передовых методах.
Эти меры обеспечивают значительное сокращение выбросов CO2 в краткосрочной и среднесрочной перспективе. Наш мониторинг показывает, что существует потенциал улучшения использования энергии и сокращения выбросов CO2 примерно на 15–20% для многих предприятий по всему миру. Этот потенциал может быть реализован с использованием технологий, уже имеющихся на большинстве площадок, в сочетании с передовым опытом наиболее эффективных производителей стали в отрасли.
Фокус на операционной эффективности и приверженности целям устойчивого развития будет способствовать дальнейшему ускорению цифровой трансформации цепочек создания стоимости стали в будущем.
По мере создания цифровых двойников бизнес- и производственных процессов интеграция реального и виртуального миров будет ускоряться и открывать новые возможности для анализа больших данных, моделирования, роботизации и автоматизации. Следовательно, производителям стали потребуется разработать и внедрить правильные стратегии цифровой трансформации и постепенно расширять возможности интеллектуального производства.
5. РОЛЬ ЛОМА
Каждая тонна лома позволяет избежать 1,5 тонн выбросов CO2 и сберечь значительные объемы железной руды, угля и известняка.
Сталелитейные предприятия по своей сути являются заводами по переработке, использующими лом в разной степени (до 100% в электродуговых печах и до 30% в доменных печах). Лом играет жизненно важную роль в сокращении выбросов и потребления ресурсов: каждая используемая тонна лома позволяет избежать 1,5 тонн выбросов CO2 и сберечь значительные объемы железной руды, угля и известняка.
worldsteel оценивает, что доступность устаревшего лома увеличится примерно на 500 миллионов тонн в течение следующих трех десятилетий. Поскольку доступность лома в целом является функцией прошлого потребления, уровень неопределенности, лежащий в основе этих прогнозов, невелик. Поэтому мы прогнозируем, что сталелитейная промышленность увеличит использование стального лома, а доля электродуговых печей в мировом производстве стали будет демонстрировать непрерывный рост в предстоящие десятилетия.
Тем не менее, рост доступности лома будет сосредоточен в основном в развивающихся регионах мира. Следовательно, своевременное развитие инфраструктуры и отраслей переработки в этих странах будет иметь решающее значение для вывода увеличивающихся объемов лома на мировые рынки в качестве сырья.
Более того, конструкция изделий, содержащих сталь, становится все более сложной и многоматериальной. По мере того как конструкции становятся более сложными, многоматериальными и высоколегированными, переработка единиц Fe, содержащихся в изделиях со сталью, усложняется. Качество лома уже ухудшается, поэтому в будущем нам потребуется более качественная сортировка лома, обогащение (удаление пустых минералов или примесей до плавки) и управление ломом.
Резюме
В настоящее время производство стали является энергоемким процессом и связано с большими выбросами CO2. Тем не менее, сталелитейная промышленность стремится сократить свое воздействие на окружающую среду как в рамках своей операционной деятельности, так и при использовании своей продукции. Устранение ограничений будет иметь решающее значение для перехода к более экологичному производству стали и достижения устойчивого будущего для отрасли.
