Зеленые технологии, которые изменят геополитику сталелитейного производства

Почти каждый элемент нашей современной жизни зависит от стали. Этот основополагающий материал, для производства которого требуется огромное количество энергии, конкурирует с цементом за звание самого крупного единственного источника изменения климата, на долю которого приходится от 7 до 9% мировых выбросов парниковых газов.

С 2019 года выбросы углекислого газа в сталелитейном секторе в среднем составляют 3,6 млрд тонн в год. Международное энергетическое агентство утверждает, что для достижения нулевого уровня выбросов к 2030 году этот показатель должен сократиться вдвое.

Теперь, впервые с момента появления доменной печи, у производителей железа и стали есть несколько путей устранения большей части этих выбросов. И очевидно, что эти новые пути изменят геополитику сталелитейного производства.

Производство железа и стали традиционно осуществляется как интегрированный процесс. Сначала железная руда восстанавливается до железа в доменной печи, используя уголь для обеспечения тепла и извлечения кислорода из руды. Это этап, который производит большую часть выбросов углекислого газа. Затем железо преобразуется в сталь во второй кислородной печи. В среднем на каждую тонну стали, произведенной по этому маршруту, выбрасывается 2,2 тонны углекислого газа.

Хотя новые доменные печи с использованием угля продолжают планироваться и строиться, особенно в Индии и Китае, отрасль начинает меняться: почти 10% железа теперь производится с использованием газа для преобразования железной руды в железо, производя железо прямого восстановления (DRI).

Между тем, кислородные печи заменяются на электродуговые печи с низким уровнем выбросов (EAF), которые теперь составляют 32% производства стали, согласно Global Energy Monitor.

Сталь также производится из лома в электродуговой печи, что сокращает выбросы на две трети и устраняет многие загрязнители атмосферы. Выбросы потенциально могут быть нулевыми, если использовать возобновляемую электроэнергию. 

Однако этот маршрут сам по себе не может обеспечить достаточно стали для удовлетворения мирового спроса, составляющего почти 2 миллиарда тонн в год.

First Movers Coalition, всемирная группа компаний, помогающая формировать рыночный спрос на технологии по декарбонизации промышленных секторов с высоким уровнем выбросов, теперь может похвастаться пулом поставщиков.

А за последний год число компаний в секторе железа и стали, устанавливающих цели по сокращению выбросов в рамках инициативы Science Based Targets (SBTi), выросло: 33 установили краткосрочные цели, и 10 из них цели чистого нуля. Однако многие крупные имена, включая Nucor, Nippon Steel и ArcelorMittal, отсутствуют.

Правительства также должны внести свой вклад в продвижение более экологичной стали, помогая компаниям получить доступ к обильному и доступному чистому электричеству и предоставляя стимулы покупателям платить более высокие цены, требуемые для более чистой стали.

Две конкурирующие технологии производства стали с почти нулевым уровнем выбросов соревнуются за то, чтобы перевернуть процесс производства стали: одна из них заключается в использовании зеленого водорода в DRI, за которым следует электродуговая печь для превращения железа в сталь, путь, продвигаемый европейскими и австралийскими производителями железа и стали.

Другой способ заключается в использовании электричества для прямого преобразования железной руды в железо за один этап. Этот процесс был впервые реализован в США стартапами Boston Metal из Массачусетса и Electra из Колорадо.

Из этих двух вариантов зеленый водородный маршрут ближе к коммерциализации, особенно в Европе, где в следующем году вступит в силу Механизм регулирования граничных выбросов углерода (CBAM), призванный обеспечить равные условия для европейских отраслей, которые проводят декарбонизацию. Великобритания введет CBAM в 2027 году.

В Швеции, где есть доступ к большому количеству относительно дешевой гидроэнергии, сталелитейная компания SSAB и ее партнеры по консорциуму Hybrit уже начали производить чистую сталь для использования автопроизводителями на своем новаторском предприятии после девяти лет разработки. Она доказала, что хранение газообразного водорода возможно и может снизить переменные эксплуатационные расходы на производство водорода до 40%.

Stegra (ранее H2 Green Steel) строит завод на севере Швеции; а недавно созданная испанская компания Hydnum Steel инвестирует 1,65 млрд евро в строительство завода мощностью 1,5 млн тонн в год на юге Испании, чтобы воспользоваться ее огромным солнечным ресурсом. Hydnum заявляет, что у него есть покупатели почти на весь ожидаемый объем производства в течение первых семи лет.

Разработка зеленой водородной стали происходит не только в Европе. В богатой солнечной энергией Австралии правительство недавно объявило о создании инвестиционного фонда Green Iron на 1 млрд австралийских долларов, в то время как горнодобывающий гигант Fortescue инвестирует 50 млн долларов в разработку 1500-тонного пилотного завода, который произведет свой первый «зеленый» чугун к концу года в рамках плана по поставке более 100 млн тонн в Китай к 2030 году. 

Адаир Тернер, председатель Комиссии по переходу в энергетике, говорит, что, по его мнению, CBAM также оказывает влияние на промышленников и политиков в Индии и Китае, которые видят логику в повышении своей цены на углерод, а не в том, чтобы доходы от налога на углерод направлялись в Европу. «Я думаю, что произойдут большие изменения», предполагает он.

Он предполагает, что переработка части доходов, полученных от налога, для поддержки климатического финансирования в уязвимых странах с низким уровнем дохода «станет четким сигналом того, что речь идет не о повышении тарифов, а о принятии ответственности за наши выбросы. Также важно аргументировать, что это единственный способ, которым мы можем взять на себя ответственность за импортируемые выбросы»

Ранее в этом году Европейская комиссия представила План действий по стали и металлам, который направлен на стимулирование инвестиций в декарбонизацию путем установления критериев государственных закупок и разработки маркировки углеродоемкости для промышленной продукции начиная со стали.

План Комиссии также предусматривает сокращение выбросов за счет увеличения использования стального лома, путем лучшей сортировки и переработки и путем изучения установления целевых показателей для переработанной стали, в первую очередь, в автомобильном секторе.

Великобритания одна из стран, где первичное производство стали стало неконкурентоспособным из-за высоких затрат на энергию и избыточных мощностей на международных рынках. Один из двух последних устаревших заводов в Порт-Толботе в Уэльсе закрылся в 2024 году, что привело к потере почти 3000 рабочих мест. Владельцы завода будут инвестировать в электродуговую печь для переработки металлолома, но она не будет запущена до 2027 года. Комитет по изменению климата Великобритании критиковал сменявшее друг друга руководство за то, что они не использовали такие рычаги, как стандарты на продукцию, для создания сигналов спроса на инвестиции в зеленую сталь и решения проблемы высоких промышленных затрат на электроэнергию. 

Теперь последние оставшиеся доменные печи на заводе British Steel в Сканторпе сталкиваются с опасным будущим, поскольку правительство решает, хочет ли оно декарбонизированную промышленность, которая также может производить первичную сталь, или нет. Результаты обзора жизнеспособности технологий для производства первичной стали, включая DRI, еще не опубликованы.

Зеленый водородный DRI находится на еще более шаткой почве в США. Продвижение новой администрацией Трампа угля как важнейшего минерала посеяло неопределенность относительно будущего федерального финансирования зеленых водородных хабов и, в частности, около 1 миллиарда долларов в виде грантов на два пионерских зеленых стальных проекта, которые были предоставлены при администрации Байдена.

Сообщается, что это привело к тому, что SSAB вышла из переговоров о производстве зеленой стали с использованием технологии Hybrit на площадке в южном Миссисипи, в то время как американская сталелитейная компания Cleveland-Cliffs, как предполагается, пересматривает свои планы по водородному DRI на своем заводе в Огайо.

Однако изменение политической погоды, по-видимому, не повлияло на перспективы Boston Metal и Electra, которые привлекли миллионы долларов от частных инвесторов для своих электролитических процессов.

Технология Electra растворяет железную руду в кислотном растворе, из которого можно удалить примеси. Затем через раствор пропускают электричество, и чистое железо осаждают на металлических пластинах. Компания тестирует варианты удаления, чтобы чистое железо можно было подавать в электродуговые печи.

Что важно, он работает при температурах до 60 градусов по Цельсию и может использовать непостоянные возобновляемые источники энергии. Сандип Ниджхаван, генеральный директор и соучредитель Electra, говорит, что кислота регенерируется, а вода, полученная в процессе, постоянно перерабатывается. 

Продвижение администрацией президента Трампа угля как важнейшего полезного ископаемого посеяло неопределенность относительно будущего федерального финансирования зеленых водородных хабов в США. 

Компания Leah Millis готовится построить демонстрационный завод после раунда финансирования на сумму 186 миллионов долларов, в который вложила инвестиционная компания правительства Сингапура Temasek, а также горнодобывающие и сталелитейные компании, включая базирующуюся в США Nucor.

Компания также только что получила дополнительную поддержку в виде почти 8 миллионов долларов промышленных налоговых льгот от Управления энергетики Колорадо, которое продвигается вперед в своих климатических амбициях.

Одним из больших преимуществ электролитического способа является то, что он может использовать руды более низкого качества, чем те, которые в настоящее время используются в доменных печах или водородном способе DRI.

Ниджаван говорит, что технология Electra необходима независимо от того, в каком направлении пойдет рынок стали. «Имеются либо руды с более низким содержанием железа, которые в настоящее время не используются (в традиционном производстве чугуна), либо даже если путь DRI возобладает или является частью решения, это фактически только увеличит доступность этих руд, которые могли бы стать для нас сырьем, и это может быть хорошим, экологически устойчивым решением».

Тем временем Boston Metal привлекла более 280 миллионов долларов на свой электролиз расплавленного оксида. Технология началась в лабораториях Массачусетского технологического института более десяти лет назад, и, произведя несколько граммов расплавленного металла в 2012 году, в этом году показала, что может производить его тоннами.
Процесс позволяет получать жидкое железо высокой чистоты путем пропускания тока между двумя электродами в реакторе. Его прорывом стала разработка электрода, который не расходуется в процессе производства расплавленного железа при температуре 1600 градусов по Цельсию.

Boston Metal планирует промышленную демонстрацию и стремится производить железо в коммерческих количествах до 2030 года.

Обе технологии Electra и Boston Metal являются модульными процессами, поэтому их можно масштабировать с целью производства железа с не большим потреблением энергии, чем при обычных процессах.

Компания уже внедряет свою технологию для производства критически важных металлов ниобия и тантала из оловянного шлака в Бразилии, а доходы поддерживают запланированный демонстрационный образец расплавленного железа. Ожидается, что операции начнутся в конце мая.

Оба металла широко используются в электронике, в то время как ниобий также важен в сталелитейном производстве. Карнейро говорит, что процесс Boston Metal обеспечит их на уровне 10% от углеродного следа традиционной добычи. Доходы, возвращаемые добытчику олова, позволят ему справиться с оставшимися отходами, которые содержат опасные для окружающей среды радионуклеотиды.

По одной из оценок, декарбонизация сталелитейной промышленности может обойтись более чем в 1 триллион долларов. Чтобы добиться этого, говорит Карнейро, безусловно, нужна политика. «Но сейчас речь идет о том, чтобы показать, что есть решение, на которое можно положиться».

Он ожидает, что его технология будет конкурентоспособной с сегодняшним сталелитейным производством, даже без налоговых льгот. «Но налог на выбросы углерода придет», говорит он. «Если у вас есть чистое решение, почему оно должно иметь ту же ценность, что и что-то грязное?»