Metalurgia hľadá cesty k uhlíkovej neutralite

Vysoké pece používané v kovopriemysle na tavenie, žíhanie, temperovanie a udržiavanie kovov spotrebujú približne 40 percent priemyselne využívanej energie v Nemecku. Takmer 20 percent všetkých skleníkových plynov vypúšťa výrobný sektor, čo predstavuje asi 200 miliónov ton CO2 každý rok.

Cesty k dekarbonizácii sa v jednotlivých odvetviach líšia. Vysoký potenciál v rámci výrobných odvetví má nasadenie digitálnych technológií. Podľa aktuálnej štúdie s prieskumom medzi top 500 nemeckými podnikmi, ktorú publikovala spoločnosť Accenture, možno do roku 2030 ušetriť v priemyselnej výrobe zrýchlenou digitalizáciou až 61 megaton CO2. To samo osebe však nevyrieši otázku emisí v odvetviach, ako je výroba kovov. Oceliarsky priemysel stojí pred obrovskou úlohou posunúť svoje výrobné technológie na stupeň nových procesov bez CO2, ktoré budú založené na vodíku a obnoviteľných zdrojoch energie.

Kovy sú konštrukčne nenahraditeľné

Kovospracujúce spoločnosti sú hlavnými producentmi emisií v priemyselnom sektore. Len výrobcovia ocele a hliníka majú na svedomí asi 8 percent celosvetových emisií CO2. V Nemecku produkuje oceliarsky priemysel približne 30 percent priemyselných emisií a až 6 percent 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 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. Výzvy súvisiace so zmenou klímy znamenajú pre kovopriemysel situáciu ako z Hlavy 22: zároveň sú súčasťou problému, 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 poloprodukty. Prvotné a tvarovacie procesy ako odlievanie, frézovanie, kovanie a razenie, ako aj výrobné technológie ako zváranie, vŕtanie, frézovanie sú dovedené skoro k dokonalosti a je nemožné predstaviť si metalurgickú hodnotu reťazca bez nich.

Kovy sú svojou podstatou nevyhnutnou zložkou obehového hospodárstva – počnúc surovinami vstupujúcimi do výroby a pokračujúc ich prítomnosťou v utzavretom recyklačnom okruhu. Čisté, vytriedené kovy zo širokej škály produktov možno opakovane použiť ako druhotné suroviny prakticky neobmedzený počet krát, a to lacnejšie a s výrazne nižšími emisiami energie a CO2 ako primárne suroviny vyrobené z rudy. Aby sa aj výroba kovov z rudy stala klimaticky neutrálnou do roku 2050, je potrebné aj tu vyvinúť nové výrobné postupy v priemyselnom meradle.

Výroba ocele pomocou vodíka

Oceliarsky priemysel je v tomto kontexte „hlavným páchateľom“. Výroba ocele vo vysokých peciach už dnes funguje aj z hľadiska znižovania CO2 s optimálnymi procesnými parametrami. Klimatická neutralita a ďalšie drastické zníženie emisií skleníkových plynov sa dá dosiahnuť len nákladným technologickým posunom: prechodom z koksovateľného uhlia na vodík a elektrinu z obnoviteľných zdrojov. Musí ho sprevádzať ďalšie rozšírenie obehového hospodárstva.

Vysoké pece sa musia v prvom rade nahradiť technológiou priamej redukcie na báze vodíka (cestou 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. Tie ako vstupný materiál na 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 percent surovej ocele v Nemecku vyrába procesom elektroocele a 70 percent 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.