Snižování emisí skleníkových plynů v ocelářství

4. 6. 2018 | Ekologie

Výroba oceli je založena na chemických reakcích, a proto je výraznější snižování emisí velmi obtížné.

Novodobá historie ocelářství by se s klidem dala nazvat historií snižování přímých emisí oxidu uhličitého. Od roku 1975 se objem vypouštěného oxidu uhličitého na tunu konečného produktu snížil o více než polovinu. Tento pokles přineslo zlepšování výrobních technologií, jehož výsledkem byla nižší potřeba dodávaného uhlíku jako redukčního činidla pro získávání surového železa.
Jestliže v roce 1950 bylo potřeba do vsázky na výrobu tuny tekutého surového železa přidat jednu tunu suchého koksu, tak dnes se množství redukčních činidel, mezi něž se řadí v některých provozech také prachové uhlí a ropa, snížilo na 482 kilogramů na tunu vyrobeného horkého kovu. Výroba oceli se tak dostává k hranici teoretického minima redukčních činidel, které se pohybuje na úrovni 414 kilogramů na tunu tekutého surového železa.

Podle studie London School of Economics, která porovnávala emise jednotlivých světových ocelářských firem, se celkové emise na tunu oceli pohybovaly v roce 2015 u integrovaných hutí od 1,82 po 2,49 tuny oxidu uhličitého. Pro splnění závazků z Pařížské klimatické dohody by v roce 2030 neměly emise z výroby tuny oceli přesáhnout 1,923 tuny oxidu uhličitého. Pokud by ale nemělo oteplování planety přesáhnout dva stupně Celsia, bylo by třeba do roku 2030 snížit emise z výroby tuny oceli na 1,275 tuny oxidu uhličitého. Jedná se o celkové emise i se započtením emisí pro výrobu energií pro hutní výrobu.

Další omezování přímých emisí z výroby oceli bude komplikované. Studie společnosti Boston Consulting Group z roku 2013 uvádí, že v ekonomicky dosažitelném scénáři lze snížit emise na tunu vyrobené oceli mezi roky 2010 a 2030 o 10 procent. Mezi roky 2010 a 2050 lze dosáhnout poklesu o 15 procent. Vyžadovat to bude investice do nejlepších dostupných technologií, optimalizaci výrobního procesu a vyšší míru využívání ocelového šrotu. Vyšší míra využívání elektrických obloukových pecí (EAF) pro výrobu oceli povede také ke snižování nepřímých emisí, pokud se bude globálně dařit snižovat emise oxidu uhličitého při výrobě elektřiny.

Razantní redukce emisí oxidu uhličitého by si vyžádala používání technologií, které dosud nebyly dostatečně v průmyslovém měřítku vyzkoušené. Navíc investice na jejich zavádění jsou dnes zcela mimo finanční možnosti ocelářských podniků. Studie Boston Consulting Group analyzovala několik technologií, které by bylo možné k výraznějšímu snižování skleníkových emisí v ocelářství nasadit. Ani jedna z technologií ještě není komerčně v ocelářství používaná.

Recyklace vysokopecního plynu

Největší potenciál má technologie recyklace odpadních plynů, které vznikají ve vysoké peci. Vodík a oxid uhelnatý se při jejím použití vhání zpět do redukčního procesu, kde nahrazuje koks. Na tunu vyrobené oceli by mohly emise oxidu uhličitého klesnout až o 189 kilogramů. Spolu s využitím technologie pro oddělování a skladování oxidu uhličitého (CCS) by se emise na tunu vyrobené oceli daly snížit až o 60 procent.

Využívání odpadního tepla z výroby aglomerátu

Technologie jímání a dalšího využití tepla při výrobě aglomerátu se v roce 2013 používala ve 12 z 53 aglomeračních jednotek existujících v Evropě. Při chlazení aglomerátu lze získat energii zhruba 280 megajoulů na tunu aglomerátu. Tuto energii lze použít například na předehřívání směsi, která vstupuje do aglomerační jednotky, nebo k předehřevu vzduchu vstupujícího do vysokých pecí. Tímto postupem lze tedy ušetřit primární palivo v aglomeraci nebo ve vysoké peci. V případě úspory zemního plynu by bylo možné dosáhnout snížení emisí o 16 kilogramů z výroby tuny aglomerátu. Na tunu oceli by úspora činila 13 kilogramů.

Suché hašení koksu

Při tradiční výrobě se žhavý koks hasí vodou. Při suchém hašení je možné část tepelné energie z koksu využít. Koks se při něm zaváží do speciální chladicí komory, kde se chladí dusíkem. Ohřátý dusík pak slouží k výrobě vysokotlaké páry pro výrobu elektřiny nebo jiné účely. Z tuny koksu lze takto získat 100 až 150 kilowatthodin energie, což odpovídá úspoře 54 kilogramů CO2 na tunu koksu. Emisní náročnost tuny oceli se při této technologii sníží o 18 kilogramů.

Větší využívání železnorudných pelet místo aglomerátu ve vysokých pecích

Pelety mohou ve vysokopecní vsázce nahradit aglomerát, jehož použití je zhruba třikrát emisně náročnější. Přibližně osm procent evropské výroby oceli v roce 2013 bylo založeno na stoprocentním využívání pelet. Jde ovšem o menší provozy. Pro použití ve velkých vysokých pecí se musí ještě odzkoušet. Na tunu tekutého kovu lze takto ušetřit 119 kilogramů oxidu uhličitého. Na druhou stranu pelety se vyrábějí nejčastěji v místě těžby železné rudy. Skleníkové emise při jejich výrobě jsou více než dvakrát vyšší než při výrobě aglomerátu. Budou vznikat dál, jen mimo území Evropské unie.

Vhánění vodíku nebo plynů bohatých na vodík do vysoké pece

Vodík může nahradit uhlík jako redukční činidlo při získávání železa z železné rudy. Použít lze zemní plyn nebo koksárenský plyn, který obsahuje více než polovinu vodíku. Při výrobě tuny tekutého kovu lze tímto postupem ušetřit 90 kilogramů oxidu uhličitého. Zatím se celosvětově používá při výrobě zhruba dvou procent oceli. Protože je koksárenský plyn v hutích využíván pro ohřevy v dalších provozech podniku, snížení jeho objemu z výroby znamená nahradit tento výpadek jinými palivy.