Profibagr.cz - Náhradní díly pro stavební a zemědělskou techniku
Dnes je 24.4. – svátek slaví Jiří

Bezemisní budoucnost výroby ocelí Hardox a Strenx aneb Vodík místo uhlíku při redukci železné rudy

Zveřejněno: 4. 11. 2022

Producent ocelových plechů Hardox a Strenx, firma SSAB s výrobními závody ve Švédsku, Finsku a ve Spojených státech směřuje ke komerční výrobě bezemisní oceli v roce 2026, kdy by takto mělo být vyrobeno přibližně 1 milión tun materiálu. Do roku 2030 by pak měla být bezemisní veškerá výroba ve všech závodech SSAB.

Roztavené surové železo. Ilustrační foto. Zdroj Wikimedia (CC BY-SA 3.0)

Bezemisní výroba oceli v podání SSAB znamená, že nebude vznikat oxid uhličitý nejenom při výrobě surového železa a oceli, ale ani při těžbě a zpracování železné rudy. Současně bude bezemisní i používaná elektrická energie nutná pro technologické procesy.

Vodík místo uhlíku

Pokud SSAB chce i nadále používat železnou rudu jako vstupní materiál pro výrobu surového železa, je nutno nahradit uhlík v klíčové chemické reakci. Touto reakcí je redukce železné rudy, která nyní probíhá ve vysokých pecích. Zjednodušeně si můžeme tento pochod popsat jako reakci oxidu uhelnatého vzniklého z koksu s oxidem železa, který probíhá za vysokých teplot až cca 2000 °C. Výsledkem reakce je pak tekuté surové železo a oxid uhličitý. Problémem je, že množství vzniklého CO2 je větší než vyrobeného surového železa. S nadsázkou by se dalo říct, že vysoká pec je efektivnější pro výrobu CO2 než pro výrobu železa. Jelikož se surové železo vyrábí ve velkých objemech, jsou zde i velké emise CO2. V současnosti je SSAB tímto způsobem zodpovědná za 10 % všech emisí CO2 ve Švédsku a za 7 % ve Finsku. Konverze na bezemisní výrobu tudíž výrazně přiblíží Švédsko i Finsko k uhlíkové neutralitě. Jedinou reálnou variantou jak nahradit uhlík při redukci železné rudy je použití vodíku, který je schopen redukovat železnou rudu za vzniku vody. Tato na první pohled jednoduchá náhrada znamená nejenom vyvinutí a ověření úplně nových technologií, ale i přizpůsobení stávajících procesů při následné výrobě oceli. Pro tuto technologii se používá anglická zkratka DRIH (Direct Reduction of Iron by Hydrogen).

Poloprovozní zařízení pro vývoj a ověření výroby surového železa technologií DRIH.
Poloprovozní zařízení pro vývoj a ověření výroby surového železa technologií DRIH.

Projekt Hybrit

Pro vyvinutí a ověření DRIH vznikl v roce 2016 „Hybrit” – konsorcium tří firem, SSAB, LKAB (těžba a zpracování železné rudy) a Vattenfall (výroba elektrické energie). Cílem tohoto spojení je nejenom vyvinout vlastní technologii DRIH, ale i technologie umožňující bezemisně těžit železnou rudu a vyrábět z ní pelety. V neposlední řadě pak projekt Hybrit vyvíjí a ověřuje technologie pro výrobu, skladování a distribuci vodíku. Prvním viditelným výsledkem je vybudování poloprovozního, ověřovacího závodu na DRIH v Luleå na severu Švédska v roce 2020. V letošním roce pak na stejném místě vznikl i první podzemní zásobník na stlačený vodík. Technologie ověřené v Luleå umožní vybudování prvního komerčního provozu v Gällivare, dalších 250 km severněji ve Švédsku. Tento závod bude vyrábět 1,3 miliónů tun surového železa ročně a to bezemisní technologií DRIH. Výroba zde začne v roce 2026 s tím, že se počítá se zdvojnásobením výrobní kapacity až na 2,6 miliónů tun v následujících letech.

Porovnání výroby oceli konvenčním způsobem a metodou DRIH.
Porovnání výroby oceli konvenčním způsobem a metodou DRIH.

Není železo jako železo

Surové železo vyrobené procesem DRIH se nebude podobat železu, které je vyrobeno ve vysoké peci. Vysokopecní surové železo je v tekutém stavu, o teplotě cca 1400 °C a s obsahem uhlíku asi 4 %. Železo vyrobené technologií DRIH bude v tuhém, i když díky teplotě okolo 1100 °C v poněkud plastickém stavu připomínající houbu. Tento polotovar se ještě za tepla lisuje do tvaru malých briket. Obsah uhlíku bude prakticky nulový.

Jelikož je surové železo vstupní surovinou pro výrobu oceli, musí se přizpůsobit i ocelárenská technologie. Vzhledem k tomu, že vstupní surovina bude v tuhém stavu, nelze použít konvertor jako ocelárenskou pec. Jedinou vhodnou technologií, která umožní vyrábět ocel ze železných briket, bude elektrická oblouková pec. Tato pec se nyní staví v závodě SSAB v Oxelösundu a tak, aby byla hotova v okamžiku, kdy se v závodě v Gällivare začne vyrábět bezemisní surové železo. Současně s uzavřením konvertoru v ocelárně v Oxelösundu skončí zde i výroba ve vysokých pecích a koksovně.

Železné brikety vyrobené procesem DRIH. Vstupní surovina pro výrobu oceli.
Železné brikety vyrobené procesem DRIH. Vstupní surovina pro výrobu oceli.

Zůstane Hardox Hardoxem?

Otěruvzdorná ocel Hardox je známá svou kombinací vysoké tvrdosti a současně vysoké houževnatosti. Při její výrobě se extrémně dbá na čistotu vstupních surovin a z toho vyplývající čistotu vyráběné oceli. Současně je snaha optimalizovat množství legujících prvků v oceli a takto zajistit i při vyšších tvrdostech dobrou svařitelnost. V neposlední řadě je tajemství Hardoxu ve vysoké konsistenci mechanických a materiálových vlastností, která opět vyplývá z úzkého dovoleného rozptylu chemického složení oceli a technologických parametrů při jejím následném zpracování. Změna technologie výroby surového železa a z toho vyplývající změna ocelárenské technologie pochopitelně ovlivní parametry vyráběné oceli. Z těchto důvodů se budou muset přizpůsobit technologie při jejím následném zpracování tak, aby se dosáhlo stejných nebo lepších vlastností konečného produktu – ocelových plechů Hardox a Strenx. Dobrou zprávou je, že metoda DRIH je principiálně čistší provoz než klasická výroba surového železa. Už jenom nepřítomnost uhlí (koksu) eliminuje některé nečistoty, např. síru, které se jinak musejí pracně redukovat při výrobě oceli.

Konec jedné epochy v metalurgii železa

Je pravděpodobné, že minimálně v Evropě jsme svědky konce jedné epochy v historii metalurgie. Vysoké pece, dominanty metalurgických závodů, i některých měst, skončí po několika stovkách let, kdy zajišťovaly převážnou většinu výroby surového železa. Způsob jeho výroby metodou DRIH neznamená jenom eliminaci CO2, ale přináší i další technologické výzvy a zajímavé vedlejší efekty. Největší výzvou bude zajistit dostatečné množství bezemisní elektrické energie na výrobu vodíku elektrolýzou vody. Odhaduje se, že na 1 tunu oceli vyrobené tímto způsobem bude potřeba přibližně 3,5 MWh elektrické energie. To znamená, že na 1 milión tun to je cca 3,5 TWh, což je přibližně 2 % veškeré vyrobené elektrické energie ve Švédsku za rok. Pozitivní ale je, že zde lze využít „nízkokvalitní”, levné, „občasné” energie z větrných nebo fotovoltaických elektráren. Jelikož nositelem energie v procesu DRIH je vodík, který se sice vyrábí pomocí elektrické energie, ale dá se skladovat, nebude nepravidelnost výkonu těchto zdrojů elektřiny překážkou. V neposlední řadě lze předpokládat, že technologie vyvinuté pro výrobu, skladování a distribuci vodíku potřebného pro proces DRIH urychlí zavádění vodíku i v dalších průmyslových procesech.

Autor: Ing. Ivan Mika
Foto: SSAB

Tématické tagy

Bezplatné zasílání časopisu Stavební technika pro rok 2024.
Bezplatné zasílání časopisu Stavební technika pro rok 2024.

Přečtěte si také

 

Nové

Variantné modulárne riešenia kompaktného nakladača Valet 150 a jeho prídavných zariadení

Zveřejněno 3.4. Kompaktný nakladač Valet 150 vznikol v rámci vývojového projektu na Ústave automobilového inžinierstva a konštruovania Strojníckej fakulty Slovenskej Technickej Univerzity v Bratislave. Postupne vznikali variantné riešenia tohto mobilného pracovného… celý příspěvek

Těžba v arizonských dolech bude automatizovaná

Zveřejněno 1.4. Ve významné arizonské těžební lokalitě Bagdád bude předán celý proces těžby dálkově řízeným strojům. Klíčovým prvkem inovace je systém Cat MineStar Command for Hauling, který přináší zásadní změny v oblasti bezpečnosti, produktivity i efektivity. celý příspěvek

Hutnicí techniku Bomag nyní pořídíte s extra slevou a rozšířenou výbavou

Zveřejněno 29.3. Společnost NorWit, oficiální distributor ručně vedené hutnicí techniky Bomag, připravila pro letošní stavební sezonu cenovou akci na vybrané stroje tohoto výrobce. celý příspěvek