Wytwarzanie stali dzięki energii elektrycznej zmniejszy emisje dwutlenku węgla
Produkcja żelaza jest energochłonnym procesem, wymaga bowiem oddzielenia atomów żelaza od tlenu, które tworzą silne związki w naturalnie występujących minerałach. Jest to jednak proces konieczny, ponieważ stal będąca stopem żelaza i węgla stanowi fundament naszej infrastruktury energetycznej. Wykorzystujemy ją w każdym obszarze, od produkcji narzędzi i silników po największe maszyny. Cykl produkcji stali i wykorzystywania jej w infrastrukturze energetycznej to przykład pętli dodatniego sprzężenia zwrotnego - prowadzi do wzrostu dostępności energii, jak i ciągłego rozwoju infrastruktury opartej na stali.
Dążenie do bezemisyjnej produkcji stali
W przeszłości proces wytwarzania stali z rud żelaza opierał się w całości na energii pochodzącej ze spalania węgla, co powodowało uwalnianie olbrzymich ilości CO2 do atmosfery. Próbę zmiany tego stanu rzeczy podjął zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu SIDERWIN. W tym celu badacze realizowali pilotażowy projekt badawczo-rozwojowy w ramach ośrodka badawczo-rozwojowego spółki ArcelorMittal w Maizières-lès-Metz (Francja), którego celem było osiągnięcie 6. poziomu gotowości technologicznej nowego rozwiązania. Podejście zastosowane przez uczestników projektu SIDERWIN znacząco odbiegało od tradycyjnych metod produkcji żelaza na etapie redukcji tlenku żelaza do żelaza metalicznego. W konwencjonalnym procesie produkcji stali redukcja ta odbywa się w wielkim piecu i wymaga zarówno wysokich temperatur, jak i węgla - zwykle w postaci koksu. Produktem ubocznym tego procesu jest dwutlenek węgla w znacznych ilościach. Badaczom skupionym wokół projektu SIDERWIN udało się wyeliminować potrzebę stosowania koksu i wytwarzania CO2 w wyniku procesu redukcji chemicznej w wielkim piecu. „Nasze podejście zakłada wykorzystanie procesu elektrochemicznego na etapie redukcji. Proces ten polega na przepuszczaniu prądu elektrycznego przez tlenek żelaza w obecności elektrolitu w celu bezpośredniego przekształcenia go w metaliczne żelazo i gazowy tlen, bez konieczności stosowania wysokich temperatur lub węgla", zauważa Valentine Weber, koordynatorka projektu. Biorąc pod uwagę fakt, że proces opracowany w ramach projektu SIDERWIN jest zasilany energią elektryczną, pozwala na elastyczne wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, takich jak energia wiatrowa lub słoneczna. Transformacja procesów polegająca na odejściu od wysokoemisyjnego rozwiązania termicznego na proces elektrochemiczny, który może być zasilany czystą energią, umożliwiła znaczące ograniczenie wpływu produkcji żelaza na środowisko. „Naszym celem było osiągnięcie neutralnej pod względem emisji dwutlenku węgla produkcji stali poprzez wykorzystanie energii elektrycznej, która powstaje w sposób niemal w 100 % bezemisyjny", podkreśla Weber. Badacze projektu SIDERWIN zbadali również, czy tlenki żelaza powstające jako produkty uboczne innych procesów przemysłowych, na przykład obróbki aluminium metodą Bayera, mogą służyć jako surowce.
Znaczący spadek emisji i kosztów
„Dzięki wykorzystaniu energii elektrycznej możliwe jest zmniejszenie śladu węglowego zwojów stali o 60 % w perspektywie krótkoterminowej, a także do 74 % w przypadku zapewnienia stałej dostępności bezemisyjnej energii elektrycznej”, stwierdza Weber. „Technologia opracowana przez zespół SIDERWIN może ponadto zapewnić wyjątkową elastyczność europejskiej sieci energetycznej, sięgającą 39 GW”. Ta możliwość dostosowania zużycia nie tylko umożliwia lepsze bilansowanie systemu energetycznego, ale także zmniejsza zapotrzebowanie na źródła energii zaspokajające szczytowe zużycie. „Elastyczność rozwiązania opracowanego w ramach projektu SIDERWIN może przyczynić się do ograniczenia bezpośrednich emisji CO2 o około 6 milionów ton rocznie w skali całej Europy w związku z zastąpieniem źródeł energii zaspokajających szczytowe obciążenie”, zauważa Weber.
Słowa kluczowe
SIDERWIN, energia elektryczna, wytwarzanie stali, tlenek żelaza, emisja CO2, energochłonne gałęzie przemysłu, przemysł przetwórczy