Vysoké pece používané v kovopriemysle na tavenie, žíhanie, temperovanie a udržiavanie kovov spotrebujú približne 40 % priemyselne využívanej energie v Nemecku. Takmer 20 % všetkých klimatických (skleníkových) plynov vypúšťa výrobný sektor, čo predstavuje asi 200 miliónov ton CO2 každý rok.
V dôsledku toho, popri klasických témach trvalej udržateľnosti, ako je energetická efektívnosť a efektívnosť zdrojov, patrí znižovanie emisií CO2 naprieč odvetviami na popredné miesto v agende priemyselných spoločností.
Cesty k dekarbonizácii sú rôzne a v jednotlivých odvetviach sa líšia. Najvyšší potenciál vo výrobe má napríklad využitie digitálnych technológií. Podľa aktuálnej štúdie medzi top 500 nemeckými podnikmi, ktorú vykonala spoločnosť Accenture, možno do roku 2030 ušetriť v priemyselnej výrobe zrýchlenou digitalizáciou až 61 megaton CO2.
To samo osebe však nepomôže odvetviam, ako je výroba kovov. Oceliarsky priemysel stojí pred obrovskou úlohou posunúť technológiu na nové výrobné procesy bez CO2 založené na vodíku a obnoviteľných zdrojoch energie.
Nový veľtrh decarbXpo
Vystavovatelia na veľtrhu decarbXpo, ktorý sa konal v Düsseldorfe v septembri 2022, sa snažili ukázať, ktoré transformačné cesty ku klimatickej neutralite sú reálne a ktoré technológie sú pripravené na trh.
S týmto novým miestom stretnutia pre ochranu klímy, energetickú transformáciu a dekarbonizáciu sa výstavnícka spoločnosť Messe Düsseldorf zameriava na všetky priemyselné a komerčné prevádzky, ktoré chcú, aby ich procesy a dodávky energie boli odolné voči budúcnosti, pričom ťažisko je na energeticky náročných odvetviach.
Tématickou súčasťou tohto veľtrhu sú aj systémy skladovania energie. Zohrávajú obzvlášť významnú úlohu pri znižovaní nákladov na energiu v podnikoch, pokiaľ ide o obmedzenie špičkového zaťaženia alebo bezpečnosť dodávok.
Miesto stretnutia: Jasný svet kovov
Kovospracujúce spoločnosti sú hlavnými producentmi emisií v priemyselnom sektore. Len výrobcovia ocele a hliníka majú na svedomí asi 8 % celosvetových emisií CO2. V Nemecku produkuje oceliarsky priemysel približne 30 % priemyselných emisií a až 6 % celkových emisií.
Najväčšími emitentmi CO2 v tejto výrobnej sieti sú vysoké pece na výrobu surového železa ako vstupného produktu pre výrobu ocele, ktoré spaľujú koks.
Oceliarne a výrobcovia hliníka, zlievarne a kovospracujúce firmy majú pomerne veľkú uhlíkovú stopu. Vysoké ceny elektriny, rastúce náklady na plyn a ropu, výzvy spojené s energetickou transformáciou a zmenou klímy, ako aj dôsledky vojny na Ukrajine predstavujú pre podniky ďalšiu záťaž.
Kvarteto veľtrhov GIFA, METEC, THERMPROCESS a NEWCAST, ktoré sa uskutoční v Düsseldorfe od 12. do 16. júna 2023, preto upozorní na vývoj, ktorý zamestnáva kovospracujúce odvetvia, a na inovácie, ktoré ponúkajú výrobcovia hutníckych strojov a zariadení.
„Jasný svet kovov“ (The Bright World of Metals), čo je súhrnný názov pre štvoricu veľtrhov, pokrýva všetky produkčné cesty a metódy spracovania železa a ocele, hliníka a horčíka, medi, zinku a iných neželezných kovov. Jedným z ťažísk je tradične zlievarenský priemysel na veľtrhu GIFA.
Kovy sú konštrukčne nenahraditeľné
Výzvy súvisiace so zmenou klímy znamenajú pre kovopriemysel situáciu z Hlavy 22: sú rovnako časťou problému, ako aj jeho riešenia.
Inovácie ako veterné turbíny a solárne systémy, znižovanie hmotnosti vozidiel a e-mobilita, elektronické produkty od mikročipov cez superpočítače až po roboty by neboli realizovateľné bez kovov. Železo a oceľ, hliník a meď, mangán, horčík, nikel či dokonca lítium a vzácne zeminy sú nenahraditeľné od suroviny až po poloprodukt.
Prvotné a tvarovacie procesy ako odlievanie, frézovanie, kovanie a razenie a výrobné technológie ako zváranie, vŕtanie, frézovanie, ako aj – v čoraz väčšej miere – samotná výroba sú vyspelými technológiami výroby a spracovania kovov a je nemožné si predstaviť metalurgickú hodnotu reťazca bez nich.
Kovy sú svojou podstatou nevyhnutnou zložkou obehového hospodárstva – počnúc surovinami a pokračujúc úplným cyklom v recyklácii. Čisté, vytriedené kovy zo širokej škály produktov možno skutočne opakovane použiť ako druhotné suroviny prakticky neobmedzený počet krát – lacno s výrazne nižšími emisiami energie a CO2 ako primárne kovy pôvodne vyrobené z rudy.
Zároveň sa na to, aby sa aj výroba kovov z rudy stala klimaticky neutrálnou do roku 2050, musia vyvinúť nové výrobné postupy v priemyselnom meradle.
Výroba ocele pomocou vodíka
Oceliarsky priemysel je tu „hlavným páchateľom“. Výroba ocele vo vysokých peciach už teraz funguje s optimálnymi procesnými parametrami aj z hľadiska znižovania CO2. Klimatická neutralita a/alebo ďalšie drastické zníženie emisií skleníkových plynov sa dá dosiahnuť len nákladným technologickým posunom: prechodom z koksovateľného uhlia na vodík a elektrinu z obnoviteľných zdrojov, ako aj ďalším rozšírením obehového hospodárstva.
Vysoké pece musia byť v prvom rade nahradené priamou redukciou na báze vodíka (cesta DRI). Na rozdiel od vysokých pecí spaľujúcich koksovateľné uhlie sa pri priamej redukcii na báze vodíka kyslíková zložka redukuje zo železnej rudy pomocou vodíka v zariadeniach priamej redukcie, väčšinou v šachtových peciach.
Ako vstupný materiál pre výrobu ocele produkujú pevnú železnú hubu, takzvanú DRI (Direct Reduced Iron), a nie roztavené surové železo z vysokej pece. Vodík nahrádza uhlie, obnoviteľné zdroje energie fosílne palivá. Vedľajším produktom, ktorý sa tu uvoľňuje, je voda a nie CO2.
Ako jeden z veľkých producentov CO2 má oceliarsky priemysel najväčšiu páku v oblasti dekarbonizácie. Použitie jednej tony zeleného vodíka vo výrobe ocele ušetrí 26 ton oxidu uhličitého v porovnaní s klasickou vysokopecnou cestou na báze uhlia.
To znamená, že oceliarsky priemysel je aj garantom vytvorenia vodíkovej ekonomiky, ako zdôrazňuje Wuppertalský inštitút v aktuálnej štúdii o dekarbonizácii priemyslu.
Náročný výrobný proces
Podľa údajov Nemeckej oceliarskej federácie (Wirtschaftsvereinigung Stahl) sa približne 30 % surovej ocele v Nemecku vyrába procesom elektroocele a 70 % výroby ocele využíva vysokopecnú cestu.
Za predpokladu, že elektrina pre oblúkovú pec sa získava výlučne z obnoviteľných zdrojov energie, elektrooceľ by teoreticky bola klimaticky neutrálnym riešením. Úzkym hrdlom v tomto prípade by však bol nielen nedostatok šrotu a zelenej energie. Výroba ocele zo železnej rudy je nenahraditeľná aj z metalurgického hľadiska, pretože v žiadnom prípade nie je možné taviť všetky druhy ocele výlučne zo šrotu.
Problémom dnešnej výroby ocele je uhlie vo vysokých peciach. Pri tradičnej vysokopecnej ceste sa zo železnej rudy získava kyslík pomocou koksu (uhlia pripraveného v koksovni) ako redukčného činidla a redukovaná ruda s prísadami sa taví na surové železo.
V sprievodnom chemickom procese koks splyňovaný na oxid uhličitý vstrekovaním horúceho vzduchu reaguje s kyslíkom v železnej rude za vzniku CO2. Surové železo sa následne čistí od nežiaducich prvkov, ako sú uhlík, kremík, síra a fosfor, vstrekovaním kyslíka do kyslíkového konvertora ocele a premenia sa na oceľ.
Každá tona surovej ocele uvoľňuje približne 1,7 tony CO2, z čoho viac ako 90 % vzniká vo vysokej peci.
Dekarbonizácia výroby ocele preto znamená nahradenie uhlia ako redukčného činidla. Teoreticky by sa to dalo dosiahnuť aj biokoksom z obnoviteľných zdrojov a/alebo organickým odpadom. Vzhľadom na požadované objemy je to však schodná možnosť skôr pre výrobu liatiny s oveľa menším objemom produkcie v zlievarenskom priemysle.
Transformačné cesty ku klimaticky neutrálnej produkcii
V snahe znížiť koncentráciu CO2 v atmosfére sa v súčasnosti diskutuje aj o zachytávaní a následnom ukladaní CO2 ako o premosťovacom riešení do roku 2045 (Carbon Capture and Storage, CCS). V krajinách ako Nemecko sa však toto riešenie zatiaľ nestretlo s veľkým súhlasom.
Lepšie vyhliadky sú pri zachytávaní a využívaní CO2 (Carbon Capture and Usage, CCU). CO2 sa tu nepovažuje len za skleníkový plyn, ale aj za surovinu pre chemický priemysel. Napríklad Thyssenkrupp už dnes využíva metalurgické plyny na výrobu chemikálií v rámci projektu Carbon2Chem. To znižuje výsledné emisie CO2 – ako pri výrobe ocele, tak aj pri výrobe chemikálií.
Ako o premosťovacej technológii na obmedzenú dobu sa diskutuje aj o zemnom plyne na priamu redukciu, ale zariadenia slúžiace na tento účel musia byť už pripravené aj na vodík. Použitie šedého vodíka – t. j. vyrobeného zo zemného plynu – by tomu dočasne vyhovovalo.
Okrem toho by dočasným riešením na rýchle zníženie CO2 v existujúcich zariadeniach mohlo byť aj vstrekovanie klimaticky neutrálneho vodíka do existujúcich vysokých pecí.
Cieľom však nie je výroba ocele s nízkym obsahom CO2, ale taká, ktorá je „CO2-free“ tak veľmi, ako sa to dá, v spojení s kompenzáciou zostávajúcich zvyšných objemov CO2. To sa dá dosiahnuť len priamou redukciou železnej rudy vodíkom z obnoviteľných zdrojov energie.
Na veľtrhoch GIFA, METEC, THERMPROCESS a NEWCAST v Düsseldorfe sa predstavia viaceré inovatívne procesy v oceliarstve a kovospracujúcom priemysle, ktorých cieľom je pomôcť dosiahnuť uhlíkovú neutralitu.
Kampaň Messe Düsseldorf s názvom ecoMetals odkazuje na ekologické smery v týchto odvetviach a vyzdvihuje spoločnosti, ktoré investujú do inovatívnych, environmentálnych a udržateľných technológií.
Gerd Krause, Mediakonzept Düsseldorf
Predchádzajúce veľtrhy GIFA, METEC, THERMPROCESS a NEWCAST sa uskutočnili na výstavisku v Düsseldorfe v júni 2019. (Foto: Messe Düsseldorf / Constanze Tillmann)
