Среди десяти лучших изобретений этого года по версии авторитетного журнала Time оказался проект по экологичному производству стали от компании Electra из Колорадо. Американский производитель экостали, спонсируемый одним из самых богатых людей на планете Биллом Гейтсом, научился производить сталь и чугун на своём пилотном заводе без выбросов вредных веществ, избегая этап переплавки руды. Эксперты уже называют это главной металлургической технологией XXI, которая изменит всю промышленность. При этом сталь с нулевым уровнем выбросов, по заверениям инженеров Electra, будет стоить столько же, сколько и обычная сталь.
Сталь является важнейшим и одним из самых грязных материалов на планете, на долю которого приходится 7% всех выбросов углекислого газа. Это больше, чем воздействие судоходства и авиации на экологию вместе взятых. Когда в 2022 году Electra продемонстрировала свою технологию, которая расширила границы известной электрохимии, к ней всё равно оставалось много вопросов. В первую очередь, такое производство было нерентабельным, а значит, что будущего у него не было. В этом году в компании доказали, что выплавлять экологическую сталь можно дёшево. «У нас уже очень много заказов», — хвастается главный исполнительный директор Electra Сандип Нижаван (на заглавной фото).
Среди покупателей — автопроизводители, бренды электроприборов и производители оборудования, готовые платить за сталь, не содержащую вредных выбросов, в стремлении выполнить свои обязательства по защите окружающей среды.
Американская Electra в марте 2024 года запустила пилотный завод по производству чистого железа
Стальные выбросы
Производство стали можно разделить на два этапа. На первом из железной руды в процессе плавления удаляется кислород. Руда плавится при температуре 1600 °C в огромных доменных печах, работающих на угле. Углерод при сжигании угля взаимодействует с оксидом железа, образуя связи с кислородом. В результате получается чистое железо и углекислый газ. На этот процесс приходится 90% выбросов углерода при производстве стали.
На втором этапе железо смешивают с небольшим количеством других металлов и даже с углеродом для получения различных видов стали, таких как углеродистая сталь или нержавеющая сталь. Существует три основных способа производства стали без выбросов вредных веществ в атмосферу. К примеру, в ОАЭ популярна сейчас технология улавливания выбросов при выплавке обычной стали и захоронения её под землей.
Ещё один «зелёный» способ — замена угля в домне безуглеродным топливом, таким как водород, работающий на возобновляемых источниках энергии. Использование «зелёного» водорода вместо угля для восстановления железной руды может сделать производство первичной стали практически безуглеродным. Полученное в результате железо прямого восстановления (DRI) подаётся в электродуговую печь для производства стали. Европа в этом направлении лидирует: шведский производитель стали SSAB, производитель железной руды LKAB и энергетическая компания Vattenfall стали пионерами этого пути со своей технологией Hybrit и производят партии стали, не содержащей ископаемого топлива. Их клиенты готовы платить больше заэкологически чистую продукцию. Эту же технологию использует, к примеру, шведская компания H2 Green Steel, где работают 30 электролизёров мощностью 700 МВт. К слову, электролизёр мощностью 1 МВт производит порядка 450 кг Н2 в сутки. Стартап H2 Green Steel смог привлечь более 6 миллиардов евро для строительства своего интегрированного завода на севере Швеции, который откроется в 2025 году.
Швеция строит самый крупный в мире завод по производству зелёного Н2 для сталелитейного производства
И, наконец, третий известный человечеству способ — использование безуглеродной электроэнергии для получения железа из руды, а затем сырьё прекращается в сталь в электродуговых печах. Electra разработала электрохимический гидрометаллургический процесс, при котором не требуется доменная печь или сжигание угля. Процесс включает сначала растворение руды оксида железа в водном растворе кислоты для осаждения металлов. Затем, используя запатентованный процесс, учёные удаляют примеси из железной руды. Наконец, они извлекают железо из раствора, пропуская через него электрический ток.
Электрохимическая технология может работать на дешёвой солнечной и ветровой энергии. Кроме того, в процессе могут использоваться недорогие низкосортные железные руды, которые широко доступны по всему миру.
Технология будущего
В этом году компания открыла свой первый опытный завод в сотрудничестве с Nucor, одним из крупнейших американских производителей стали. По словам Сандипа Нижавана, компания снизила рабочую температуру плавки чугуна, чтобы процесс мог быстро запускаться и останавливаться, что позволит легко интегрировать его с непостоянными ветровой и солнечной энергетикой. Electra удалось опробовать гидрометаллургический метод при температуре всего около 60 °C. Как уверяет топ-менеджер, этот метод подходит даже для руд с низким содержанием железа, что может нивелировать проблемы из-за сокращения добычи руд с высокими содержаниями.
После этого Electra приступает к производству стали в дуговых печах, работающих на электричестве. Такие печи сегодня используются для производства 70% стали в США и 30% стали во всём мире.
Компаниям, использующим либо водород, либо только электроэнергию, потребуется обеспечить себя огромным количеством экологически чистой энергии, что может оказаться непростой задачей. И хотя на существующих сталелитейных заводах можно применять водород, компаниям, использующим в производстве чугуна электрическую энергию, придётся строить новые заводы с нуля. Так и поступили в Electra, запустив в эксплуатацию пилотный завод в Боулдере (штат Колорадо, США) по производству чистого железа в марте этого года. Пилотный проект предназначен для производства чистого железа в виде пластин размером примерно 1 кв. м, и компания сейчас поэтапно увеличивает мощность, чтобы подтвердить модульный подход. Австралийская горнодобывающая компания BHP, являющаяся одним из инвесторов Electra, предоставила железную руду для этого пилотного проекта. Технический директор и соучредитель Electra Квок Фам отметил, что они быстро продвигаются вперёд — ввод в эксплуатацию экспериментальной установки состоялся в течение 3,5 лет с момента основания компании.
Уникальная запатентованная электрохимическая система Electra превращает железную руду в железо с помощью электрохимического процесса при температуре 140 °F. Она работает на чистых, возобновляемых источниках энергии с прерывистым циклом (IRES)
Electra планирует и дальше развивать и расширять процесс производства чугуна с нулевым уровнем выбросов. Компания планирует выйти на коммерческое производство до конца десятилетия. Electra уже сейчас привлекла 85 миллионов долларов от инвесторов, в том числе от Breakthrough Energy Ventures, Capricorn Investment Group, сингапурской Temasek и Amazon Climate Pledge Fund. Майкл Блумберг, основатель и мажоритарный владелец Bloomberg News, материнской компании Bloomberg LP, является инвестором в Breakthrough Energy Ventures. Поэтому информационная поддержка проекту Electra обеспечена.
Как показывают пионеры отрасли, чистая сталь возможна. Теперь дело за политиками: если они смогут использовать все свои рычаги влияния, то за экосталью с учётом её невысокой стоимости будущее. Во всяком случае, со временем она точно будет экономически более выгодна, и вложения в модернизацию производства обязательно отобьются.
Егор Петров
