Что мы имеем в виду, когда говорим о низкоуглеродной стали

История нашей отрасли во многом отражает общества, в которых мы работаем, и начиная с промышленной революции производство чугуна и стали обеспечивалось углем.

Сейчас это меняется, и сталелитейная промышленность, как и остальное общество, трансформируется, чтобы предоставлять продукты и услуги в будущем, в котором выбросы углекислого газа и других парниковых газов будут значительно сокращены.

Язык, связанный с этим сдвигом, все еще развивается, и в результате различные заинтересованные стороны используют широкий спектр выражений.

Эти выражения часто используются взаимозаменяемо, но иногда могут означать совершенно разные вещи. Что нам думать о все более разнообразном использовании выражения «зеленая сталь»? Для некоторых это просто маркетинговый термин без определения или границ.

На другом конце спектра некоторые считают, что это термин, требующий сертификации, охватывающей всю сферу устойчивости.

И проблема не только в «зеленой стали». Является ли моя зеленая сталь вашей чистой сталью или сталью с нулевым выбросом углерода? И где проходят границы между сталью с нулевым чистым выбросом, сталью с нулевым выбросом углерода и низкоуглеродной сталью?

Мы вводим некоторые определения, которые прояснят, что мы имеем в виду, когда говорим об этих темах.

Наша отрасль работает над разработкой и запуском новой линейки стальных изделий, производимых с гораздо меньшим углеродным следом, чем в прошлом.

Низкоуглеродная сталь

Эта низкоуглеродная сталь производится с использованием технологий и методов, которые приводят к значительно более низким выбросам по сравнению с традиционным производством.

В 2021 году большая часть стали производится с использованием восстановителей на основе ископаемого топлива; однако многие сталепроизводители внедрили или разрабатывают технологии, которые значительно сокращают выбросы в основном процессе производства стали. Примеры включают:

• Aço Verde do Brasil использует 100% древесный уголь для производства низкоуглеродных чугунных и стальных изделий.

• ArcelorMittal строит крупномасштабный объект в Генте, Бельгия, для преобразования отходящих газов сталелитейного завода в этанол, который может использоваться в широком спектре применений, включая производство синтетического топлива. Аналогичный коммерческий объект начал работу в 2018 году на заводе Shougang Steel в Китае, произведя 30 миллионов литров этанола для продажи в первый год работы.

• На Emirates Steel в Объединенных Арабских Эмиратах до 800 кт CO₂ в год улавливается из потока газов, богатых CO₂, на чугунолитейном заводе, прежде чем закачивается в зрелое нефтяное месторождение для постоянного хранения.

• Завод EVRAZ Rocky Mountain Steel в Колорадо переходит с угля на солнечную энергию. Завод EVRAZ станет крупнейшей солнечной установкой на территории страны, обслуживающей одного клиента.

• HBIS, ведущий китайский сталепроизводитель, строит демонстрационный проект DRI с водородной металлургией мощностью 1,2 млн тонн. Проект будет использовать технологии зеленого и голубого водорода для поиска пути к нулевым выбросам CO₂ в процессе производства чугуна и стали.

• Микро-завод Nucor в Седейлии, штат Миссури, является первым сталелитейным заводом в США, работающим на энергии ветра. Завод представляет собой партнерство между сталелитейной компанией и местной энергокомпанией, которая будет обеспечивать электроэнергией завод после заключения соглашения о покупке электроэнергии между компаниями.

• Tata Steel разрабатывает инновационную технологию плавки в рамках проекта HIsarna. Технология HIsarna позволяет производить чугун без коксовых печей или агломерационных установок, создавая поток отходящих газов, богатый CO₂, идеально подходящий для CCS.

• thyssenkrupp Steel и Nippon Steel Corporation запустили серию испытаний по использованию водорода в действующей доменной печи, направленных на значительное сокращение выбросов CO₂ в процессе производства стали.

Сталь, произведенная с использованием всех этих технологий, может считаться низкоуглеродной, хотя, вероятно, то, что сейчас считается низкоуглеродной сталью, будет отличаться к 2050 году, когда регулирование, общественные ожидания и технологии полностью изменятся.

В нашей отрасли и заинтересованными сторонами используется множество других выражений для обозначения стали, произведенной с использованием этих технологий производства следующего поколения.

Мы предпочитаем и используем термин «низкоуглеродная сталь», так как, подобно «низкоуглеродной электроэнергии», мы считаем, что его интуитивно легче понять, и его значение очевидно.

Зеленая сталь

«З

Сталь с нулевым выбросом углерода

Чтобы стать действительно безуглеродной, сталь должна производиться без каких-либо выбросов CO2. Это очень высокая планка, и в 2021 году трудно представить технологию производства, способную её достичь.

Многие, возможно, движутся в этом направлении, но ноль является абсолютным, и, вероятно, недостижимым без использования компенсаций за остаточные выбросы углерода. Эти остаточные выбросы могут возникать в цепочке поставок, при использовании углеродсодержащих электродов или природного газа в смежных процессах.

В конечном итоге сталь должна содержать некоторое количество углерода, так как это отличает её от чистого железа. Хотя этот необходимый легирующий углерод может быть получен из неископаемых источников, его присутствие делает термин «сталь с нулевым выбросом углерода» несколько неточным.

Сталь с нулевым чистым выбросом / Углеродно-нейтральная сталь

Однако если можно достичь баланса между парниковыми газами, выбрасываемыми в атмосферу при производстве стали, и выбросами, поглощаемыми из атмосферы стоками, такую сталь можно назвать сталью с нулевым чистым выбросом или углеродно-нейтральной сталью.

Производство стали с нулевым чистым выбросом может потребовать компенсаций в других секторах для достижения истинной нейтральности, и важно, чтобы при заявлениях об углеродной нейтральности производители были прозрачны в отношении границ, своих методов учёта, а также качества и достоверности любых используемых компенсаций.

Сталь без ископаемого топлива

Некоторые сталелитейные компании начинают продавать сталь без ископаемого топлива. Сталь без ископаемого топлива – это сталь, произведённая без использования какого-либо ископаемого топлива, такого как уголь или природный газ, а также без энергии, полученной из ископаемого топлива.

Вся сталь без ископаемого топлива будет низкоуглеродной, но не вся низкоуглеродная сталь может быть названа сталью без ископаемого топлива. Например, низкоуглеродная сталь, произведённая на предприятии, использующем улавливание и хранение углерода (CCS), всё ещё может использовать природный газ или уголь, но предотвращает выброс CO2 в атмосферу. Если биомасса играет роль, важно обеспечить её ответственное происхождение [1].

Чистая сталь

Чистая сталь – это технический термин, используемый в сталелитейной отрасли для обозначения сталей с низким содержанием примесей, оксидов, включений или низким или ультранизким содержанием углерода, растворённого в металле. Эта фраза широко используется.

Безуглеродная

Безуглеродная – это также сложный термин для стали, ведь сталь без углерода – это железо, а содержание углерода в стали точно контролируется для достижения свойств, требуемых для конкретной партии. Углерод необходимо добавлять к железу, восстановленному водородом, чтобы превратить его в сталь в процессе рафинирования.

Обсуждение изменения климата часто ведётся в терминах необходимости декарбонизации общества. Обычно мы не используем это выражение применительно к производству стали, так как именно выбросы от производства стали должны быть свободны от ПГ/CO2, а не сам процесс.

Многие многообещающие прорывные технологии всё ещё будут использовать углерод в качестве химического восстановителя, но предотвратят выброс вредных парниковых газов в атмосферу. Таким образом, хотя выбросы от нашей отрасли в конечном итоге будут декарбонизированы, сам процесс производства чугуна может и не быть.

Прорывная технология

Прорывная технология производит низкоуглеродную сталь радикально иным способом, чем традиционная доменная печь, технология DRI или EAF. Примеры разрабатываемых прорывных технологий включают водородное восстановление, применение CCS, электролиз железной руды, набор технологий улавливания, использования и хранения углерода (CCUS) и новые процессы восстановительной плавки.

Водород

Водород – это ключевой вектор, который позволит значительно сократить выбросы ПГ в чёрной металлургии, и многие предприятия чёрной металлургии изучают этот технологический вариант. Водороду часто приписывают цвет в зависимости от его низкоуглеродных характеристик.

Когда мы говорим о низкоуглеродном водороде, мы имеем в виду:

• Зелёный водород производится путём электролиза воды с использованием возобновляемой электроэнергии.

• Голубой водород производится из природного газа в процессе паровой конверсии метана в сочетании с CCS.

• Водород также может быть получен с помощью электролиза с использованием других источников низкоуглеродной электроэнергии, таких как атомная энергия или CCS. Мы также считаем его низкоуглеродным.

Ископаемый водород получают из неочищенного ископаемого топлива, в основном:

• Серый водород производится из природного газа в процессе паровой конверсии метана без CCS, поэтому CO2 выбрасывается в атмосферу.

• Коричневый или чёрный водород производится путём газификации угля и приводит к значительно более высоким выбросам ПГ, чем другие виды.

Среди клиентов PKU Pioneer – многие производители, использующие новые передовые процессы для производства чистой и низкоуглеродной стали, такие как Fangda Special Steel Technology Co., Ltd., Lianyuan Steel и другие. Установки VPSA для производства кислорода, которые мы предоставляем, помогают этим производителям чугуна и стали экономить энергию и сокращать выбросы, а также в целом оптимизировать их линии по производству чугуна и стали.

[1] Существует ряд схем сертификации ответственной биомассы, например, Лесной попечительский совет.

(Воспроизведено из WorldSteel)