HYBRIT: Шест години изследвания проправят пътя за производство на желязо и стомана без изкопаеми горива в индустриален мащаб

Инициативата HYBRIT представи в окончателен доклад до Шведската енергийна агенция резултатите от шест години изследвания. Докладът показва, че директно редуцираното желязо, произведено с процеса HYBRIT, има по-добри характеристики в сравнение с желязото, произведено с изкопаеми горива. От HYBRIT са кандидатствали и са получили няколко патента въз основа на успешните резултати и сега проектът продължава в следващата фаза, през която процесът трябва да бъде внедрен в индустриален мащаб, съобщиха от Vattenfall.

„Гордея се невероятно с всичко, което HYBRIT постигна от стартирането си през 2016 г. Благодарение на успешните резултати от пилотния проект сме на път да променим фундаментално индустрията за желязо и стомана. От SSAB сега инвестираме сериозно, за да преобразуваме цялата скандинавска производствена система към производство на стомана без изкопаеми горива и вече започнахме да доставяме стомана без изкопаеми горива на клиенти в по-малък мащаб“, казва Martin Pei, главен технологичен директор в SSAB и председател на борда на Hybrit Development AB.

Инициативата HYBRIT е сътрудничество между стоманодобивната компания SSAB, минната компания LKAB и енергийната компания Vattenfall, която стартира с цел да промени фундаментално желязната и стоманодобивната индустрия. Инициативата цели практически премахване на емисиите на въглероден диоксид в стоманодобивната промишленост чрез замяна на въглищата и кокса при производството на желязо с водород и електричество без изкопаеми горива. Преходът от производство на стомана на базата на въглища и доменни пещи към технологията на инициативата HYBRIT и топенето на желязо в електродъгови пещи се очаква да доведе до намаляване общите емисии на въглероден диоксид в Швеция с повече от 10 процента.

Проектът е първият в света, който демонстрира, че веригата за стойност без изкопаеми горива - от желязна руда до стомана, работи в полуиндустриален мащаб. Досега в пилотния завод на HYBRIT в Лулео (Luleå)са произведени повече от 5000 тона желязо, редуцирано с водород. Клиенти като Volvo Group, Epiroc, Peab и много други вече използват стомана без изкопаеми горива в превозни средства, тежки машини, сгради и потребителски продукти, а интересът към технологията е голям.

Резултатите от шест години изследвания доказват процеса на HYBRIT без изкопаеми горива

Резултатите от изследванията, представени в окончателния доклад до Шведската енергийна агенция, обхващат периода от 2018 г. до 2024 г. Те акцентират върху разширяването на техническите решения от лаборатория до промишлен мащаб, разработване на промишлени процеси практика и постигане на интегрирана верига на стойност за базирани на водород производство на желязо и стомана.

Примери за резултати от пилотната фаза са: разработването на нова базирана на водород технология за ефективно производство на желязо и стомана без изкопаеми горива с 0,0 тона емисии CO2 на тон стомана, разработването на нов продукт от желязо без изкопаеми горива (гъбесто желязо), което има значително по-добри свойства от желязото, редуцирано с изкопаеми газове като природен газ, успешната дългосрочна работа на алкални електролизатори за производство и съхранение на водород и разработването на ефективна технологична практика за топене на гъбесто желязо без изкопаеми горива от сурова стомана в електродъгова пещ.

„Фокусът на техническото развитие на HYBRIT е към натрупване на опит и създаване на технически условия за внедряване на процес без изкопаеми горива в пълномащабното производство. Много сме доволни, че ние като екип успяхме да постигнем успешни резултати, които изпълниха или надхвърлиха поставените цели на проекта. Знанията и опитът, които натрупахме по време на проекта, сега ще бъдат фокусирани върху продължаване на развитието на процеса, предимно в подкрепа на проектите за индустриализация,” казва Ulf Spolander, генерален мениджър на Hybrit Development AB.

Проектът HYBRIT преминава в следващата фаза

Резултатите от пилотната фаза проправят пътя за прилагане на процеса HYBRIT в индустриален мащаб. Hybrit Development AB ще продължи да провежда научноизследователска и развойна дейност, за да подпомогне индустриализацията на технологията заедно с компаниите собственици, включително предоставяне на решения за планирания демонстрационен завод на LKAB в Gällivare. Пилотният проект за съхранение на водород без изкопаеми горива в Svartöberget в Лулео (Luleå) ще продължи до 2026 г.

„Това беше иновативно пътуване за кратък период от време. Резултатите от пилотната фаза показват, че процесът работи и, че сме готови за следващия етап, където демонстрационният завод, който LKAB планира да построи в Gällivare, ще бъде първата стъпка към индустриалното производство на гъбесто желязо. Нашата висококачествена желязна руда, съчетана с достъп до енергия без изкопаеми горива, осигурява уникални условия за създаване на конкурентна верига на стойността за бъдещо производство на желязо и стомана без изкопаеми горива“, казва Jenny Greberg, вицепрезидент по технологиите в LKAB и член на борда на Hybrit Development AB.

„Много е радостно да видим положителните резултати от нашето целенасочено сътрудничество. Партньорството е рецепта за успех. Следващата стъпка е мащабирането до индустриален мащаб, където електричеството и водородът без изкопаеми горива позволяват прехода към бъдеще, в което е възможно всеки да транспортира, произвежда и живее без изкопаеми горива“, казва Andreas Regnell, ръководител на отдела за стратегическо развитие в Vattenfall и член на борда на Hybrit Development AB.

Проектът HYBRIT е финансиран от Фонда за иновации на ЕС и от Industriklivet. Също така е част от европейския IPCEI проект Hy2Use (Hydrogen), който включва общо 35 проекта от 12 държави в подкрепа на бързия преход и повишаване на конкурентоспособността на европейския индустриален сектор.

„Пътят към нулеви нетни емисии в индустрията изисква инвестиции в иновативни и технологично променящи се решения. Това е мястото, където „индустриалният скок“ играе важна роля. Амбицията е знанията от различните инициативи да се разпространят и да ускорят прехода на индустрията“, казва Klara Helstad, ръководител на отдела за устойчива промишленост към Шведската енергийна агенция.

HYBRIT – извлечение от резултати от изследвания 2018–2024 г

Разработване на нова технология, базирана на водород, която позволява ефективно производство на желязо и стомана без изкопаеми горива с 0,0* тона емисии на CO2 на тон стомана (обхват 1 и 2).

Разработване на нов продукт от желязо, гъбесто желязо, което има значително по-добри свойства от желязото, редуцирано с изкопаеми газове като природен газ. Продуктът от желязо на HYBRIT не съдържа въглерод и има висока степен на метализация (98-99%); той е по-устойчив на механичен натиск, падане и абразия от сравними промишлени референции и има стабилни химични свойства. Като цяло това означава предимства при транспортиране, съхранение и топене.

Оценки на емисиите на CO2 за намаляване на водорода в сравнение с намаляване на изкопаеми газове. Процесът на HYBRIT превръща отрязъците от желязна руда в желязо (гъбесто желязо), използвайки само водород без изкопаеми горива, като единствен страничен продукт е водата. Това се различава от конвенционалните технологии за директно намаляване, които разчитат на природен газ, който отделя въглероден диоксид. Директната редукция с водород и топенето в електродъгова пещ произвежда 42 kg биогенен CO2 на тон директно редуцирано желязо, в сравнение с 383 kg изкопаем CO2 на тон при конвенционален процес на природен газ, където нагряването на редукционния газ е изключено от сравнение.

Разработване на нов конкурентен промишлен процес без изкопаеми горива, при който са тествани 175 режима на процеса, за да се идентифицира най-благоприятният начин за производство на желязо с водород.

Успешна дългогодишна експлоатация на алкални електролизатори за производство и съхранение на водород. Електролизерите се използват за разделяне на водата на водород и кислород с помощта на електричество без изкопаеми горива. След това водородът се използва за отстраняване на кислорода от отрязъците от желязна руда. Тестовете, използващи съхраняван водород в реално време спрямо пазара на електроенергия, показват, че променливите разходи за производство на водород могат да бъдат намалени с до 40 процента.

Разработване на ефективна технологична практика за топене на несъдържащо изкопаемо гъбесто желязо в сурова стомана в електродъгова пещ, извършено в сътрудничество с изследователския институт Swerim. Стоманата се произвежда чрез топене на несъдържащо изкопаемо гъбесто желязо с електричество без изкопаеми горива заедно с минимални добавки на биовъглерод, кислород и образуващи шлака. Експерименталните резултати показват, че разработената практика за топене без изкопаеми горива произвежда стомана със същото високо качество като стоманата днес, базирана на изкопаеми горива.

*Процесът произвежда малки емисии на въглероден диоксид поради потреблението на графитни електроди и добавянето на шлакообразуватели в електродъговата пещ. Тези емисии са по-малко от 0,05 тона CO2e/тон стомана, закръглени до 0,0 тона CO2e/тон стомана. Типичната стойност за производство на стомана на основата на руда с технология на доменни пещи е 2,2 тона CO2e/тон стомана.