Stal jest niezbędna gospodarce. Jako trwały materiał może być poddawany recyklingowi w 100 proc. bez utraty swoich właściwości, co jest zgodne z założeniami gospodarki o obiegu zamkniętym. W 2017 roku około 630 mln ton zostało poddanych recyklingowi. 52 proc. wyprodukowanej na świecie stali jest stosowana w branży budownictwa i infrastruktury, w tym sektorze energetyki, wliczając oczywiście energetykę wiatrową i słoneczną.

Według danych WorldSteel, średnie światowe zużycie stali w przeliczeniu na osobę wzrosło ze 150 kg w 2001 r. do poziomu 214,5 kg w 2017 r. Przewiduje się, że do 2050 r. zużycie wzrośnie 1,5 – krotnie. Rozwój m.in OZE i postępującą urbanizacją wiąże się z większym zapotrzebowaniem na stal. Jest ona wykorzystywana do rozwoju energetyki słonecznej, wodnej, geotermalnej czy wiatrowej. Można więc stwierdzić, że sektor alternatywnych źródeł energii jest zależny od przemysłu ciężkiego, który boryka się z wieloma problemami. Działalność przemysłowa producentów stali wymaga bardzo wysokich temperatur oraz powoduje emisje CO2 związane z procesami chemicznymi. Co więcej, metody produkcji stali są oparte na wykorzystaniu paliw kopalnych. Rozwiązań na głęboką dekarbonizację produkcji stali nie dość, że jest niewiele, to nie da się ich wprowadzić z dnia na dzień.

Branża wskazuje kilka ścieżek:

  • rozwój technologii produkcji, do których należy redukcja bezpośrednia rud żelaza DRI z użyciem zielonego wodoru,
  • uwzględnienie procesu elektrolizy z udziałem OZE,
  • zastosowanie technologii CCS (ang. carbon capture and storage),
  • zastosowanie produktów z biomasy, które zastąpiłby węgiel koksujący.

Dodatkowo kładzie się nacisk na efektywność energetyczną, umowy PPA (ang. power purchase agreement – PPA) rozwój GOZ oraz wykorzystanie gazu ziemnego, energii elektrycznej oraz wodoru jako substytutów węgla i koksu w wielkich piecach. Niestety, nie wszystkie metody skutkują znaczącą redukcją emisji, dlatego też coraz większą popularnością cieszy się właśnie proces redukcji bezpośredniej rud żelaza (DRI) z pomocą zielonego wodoru i OZE. Jej rozwój jest planowany m.in. w Niemczech i Szwecji. Proces redukcji rud żelaza to grupa procesów produkcji żelaza z rudy bez przekraczania temperatury topnienia. Proces przebiega bez udziału wielkiego pieca, więc zwany jest również redukcją na zimno. W wyniku procesu otrzymuje się żelazo gąbczaste lub żelazo bezpośrednio redukowane (DRI).

Szwedzka symbioza stali i zielonego wodoru

W rozwój zielonego hutnictwa jest zaangażowana m.in. Szwecja. W mieście Luleå uruchomiono w tym roku pilotażowy projekt huty stali Hybrit (budowę rozpoczęto w 2018 r.), w której produkcja ma być realizowana bez emisji szkodliwych substancji do powietrza, a sama stal ma być produktem ekologicznym, bez udziału paliw kopalnych. Brzmi niewiarygodnie? Projekt ma na celu wyeliminować węgiel koksujący, a zielony wodór będzie pełnił funkcję reduktora. Na początku do testów ma być użyty gaz ziemny, następnie docelowo wodór, w celu porównania wyników. Sam wodór ma być produkowany w procesie elektrolizy wody z pomocą energii z OZE. Będzie to znaczna zmiana, gdyż do wytworzenia tony stali potrzeba ok. 800 kg węgla koksującego. Ponadto warto dodać, że w ramach projektu Hybrit będą prowadzone prace nad możliwością wprowadzenia bio-olejów do produkcji pelletu w zakładzie LKAB w Malmberget. Trwają również przygotowania do budowy testowego magazynu wodoru (25-35 m pod ziemią) na terenie siedziby LKAB w Svartöberget w Luleå, w pobliżu budowanego zakładu HYBRIT SSAB w Luleå. Koszt pilotażowego projektu Hybrit wynosi 2 mld koron szwedzkich (ok. 870 mln zł)

Ambitnego projektu podjęli się w 2016 roku szwedzki koncern Vattenfall, producent stali SSAB oraz szwedzki, państwowy koncern wydobywczy LKAB, tworząc podmiot Hybrit Development. Warto tu zauważyć, że produkty szwedzkiej firmy SSAB są popularne na całym świecie pod markami takimi jak Strenx, Hardox, Docol czy Toolox. Wyroby hutnicze są stosowane m.in. w sektorze energetyki. SSAB i LKAB pokładają duże nadzieje w sukcesie projektu, który może wspomóc dekarbonizacyjną rewolucję w produkcji stali. Dziś segment produkcji stali odpowiada za 10 proc. emisji CO2 w Szwecji oraz 7 proc. w Finlandii. SSAB, LKAB i Vattenfall dążą do stworzenia kompletnego łańcucha wartości dla stali niezależnej od paliw kopalnych. Martin Lindqvist, prezes i dyrektor generalny SSAB, powiedział podczas uroczystego otwarcia, że firma chciałaby nowy produkt wprowadzić na rynek już w 2026 r. Celem SSAB jest produkowanie tylko “ekologicznej stali” od 2045 r. Instalacja pilotażowa odegra także decydującą rolę dla LKAB, który do 2045 r. chce stworzyć łańcuch wartości bez udziału paliw kopalnych i emisji CO2.

Tlen w żelazie jest wielkim wyzwaniem i musimy go wyeliminować – powiedział Jan Moström, prezes i dyrektor generalny LKAB. Projekt Hybrit jest realizowany przy wsparciu państwa, a dokładniej rządowej Szwedzkiej Agencji Energetycznej.

Niemcy i plany ThyssenKrupp

Nasi sąsiedzi także widzą potrzebę dekarbonizacji produkcji stali, którą traktują jako strategiczną dla gospodarki. Niemiecki przemysł stalowy musi zainwestować około 30 mld euro, aby stać się neutralnym klimatycznie do 2050 r. Niemiecki gigant stalowy ThyssenKrupp pod koniec sierpnia br. przedstawił plan budowy fabryki, która będzie w stanie wytwarzać zieloną stal, wykorzystując oczywiście także zielony wodór. Budowa będzie zakończona w 2025 roku. Inwestycja pozwoli na produkcję 400 tys. ton ekologicznej stali w skali roku. Oczekuje się, że do 2030 r. roczna produkcja wzrośnie do 3 mln ton. W związku planami wykorzystania wodoru i OZE w produkcji stali, niemiecki RWE w porozumieniu z producentem stali planuje zbudować 100 MW-owy zakład produkcji wodoru w Dolnej Saksonii, która będzie zaopatrywać hutę Thyssenkrupp w Duisburgu w zielone paliwo już w 2025 r.

Dekarbonizacja przemysłu wkomponowuje się w niemieckie plany rozwoju gospodarki wodorowej i transformacji energetycznej oparte o OZE. Niemcy chcą stać się pionierem w technologii wodorowej i planują do 2030 r. uzyskać do 5 GW mocy wodoru, a najpóźniej do 2040 r. ma zostać zainstalowane kolejne 5 GW. Aby osiągnąć swoje cele, Niemcy przeznaczą 9 mld euro (11 mld dol.) na inwestycje.

Polska i Arcelor Mittal

W Polsce także produkujemy stal, o której mówi się coraz częściej w kontekście rozwoju OZE, w szczególności morskiej energetyki wiatrowej. Według danych stowarzyszenia branżowego producentów stali WorldSteel, największymi producentami na świecie (według danych za 2019 r.) jest Arcelor Mittal, China Baowu Group oraz Nippon Steel Corporation. Arcelor jest także największym producentem stali w Polsce – skupia około 70 proc. krajowego potencjału, jest także największym producentem koksu w Europie.

Przyszłość hutnictwa była jednym z tematów Europejskiego Kongresu Gospodarczego. Tomasz Ślęzak, członek zarządu ArcelorMittal Poland, mówił o planach spółki w zakresie dekarbonizacji. Ślęzak potwierdził, że technologią przyszłości jest wodór, jednak jego pełnego zastosowania w przemyśle powinniśmy się spodziewać w ciągu co najmniej dwóch dekad. Dlaczego? Potrzebna jest duża ilość energii elektrycznej, duże są także koszty transformacji – bez wsparcia państwowego nie obędzie się.

Obecnie jako Grupa prowadzimy intensywne badania nad wieloma projektami, które pomogą zmniejszyć emisję dwutlenku węgla, jak chociażby technologia DRI w Hamburgu, czy wykorzystanie biomasy lub odzyskiwaniem CO2 – tłumaczył podczas wydarzenia Ślęzak.

Przedstawiciel światowego producenta stali zwrócił również uwagę na potrzebę wprowadzenia opłaty wyrównawczej, czyli granicznego podatku od śladu węglowego. W ten sposób firmy z sektora przemysłu dysponowały środkami na inwestycje.

A plany producenta są ambitne. Według strategii przedstawionej w czerwcu 2020 r., ArcelorMittal Europe chce zredukować emisję o 30 proc. do roku 2030 w zakładach w Europie, a pełną neutralność planuje klimatyczną osiągnąć do roku 2050. Firma chce przeprowadzić proces dekarbonizacji z wykorzystaniem dwóch technologii. Pierwszą z nich jest Smart Carbon. Arcelor tłumaczy, że technologia “jest neutralną pod względem emisji CO2 metodą produkcji stali, która wykorzystuje wszystkie czyste energie – węgiel w obiegu zamkniętym, czystą energię elektryczną oraz wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla (CCS). Dzięki metodzie Smart Carbon można uzyskać nie tylko neutralną pod względem emisji CO2 stal, ale także cement oraz elementy składowe do wytwarzania materiałów węglowych pochodzących z recyklingu, które zastąpią tworzywa sztuczne na bazie polietylenu. W pierwszej fazie metodą Smart Carbon będzie wykorzystywała głównie węgiel w obiegu zamkniętym. Drugą technologią są już wcześniej wspomniane metody produkcji oparte na bezpośredniej redukcji rudy żelaza (RDI), gdzie reduktorem ma być wodór.

Jakie są tego koszty? Arcelor informuje, że szacowane środki potrzebne ArcelorMittal Europe do pełnego wdrożenia metody Smart Carbon wynoszą 15–25 mld euro. W przypadku metody opartej na bezpośredniej redukcji rudy żelaza kwota ta wynosi 30–40 mld euro. Potrzebne byłoby także dodatkowe 15–200 mld euro na powiązaną infrastrukturę czystej energii.

Nadzieją się także OZE i PPA, ale..

Jak widzimy, OZE będa nie tylko odgrywać istotną rolę w produkcji wodoru, ale i pośrednio w zazielenieniu produkcji stali. Przemysł i biznes sięga po alternatywne źródła energii nie tylko przez wzgląd wizerunkowy, ale i praktyczny. Dyskusje o przyszłości hutnictwa są zdominowane przez temat cen energii, które są dziś wyzwaniem. Stefan Dzienniak, prezes Hutniczej Izby Przemysłowo-Handlowej, mówił podczas EKG 2020 o trudnej sytuacji branży, którą pogorszył kryzys gospodarczy wywołany COVID-19. W jego przekonaniu, ustawa o rynku mocy miała gwarantować bezpieczeństwo energetyczne, a także obniżki cen energii, Zauważył, że w ostatnim czasie jej nie widać, a nawet jest odwrotnie. Sytuacji nie ulepszy wprowadzenie tzw. opłaty mocowej, która zostanie dodana do rachunków za energię. Dla przemysłu energochłonnego jest to dodatkowy koszt w wysokości około 1 mld zł rocznie, o czym firmy energochłonne poinformowały we wspólnym liście premiera Mateusza Morawieckiego w czerwcu br.

Utrzymujące się wysokie ceny energii mogą zagrozić konkurencyjności polskiego przemysłu. Sytuację mogą ustabilizować nie tylko strategia na rzecz rozwoju zeroemisyjnego przemysłu, ale także kontrakty PPA. Tu sprawa też nie jest jasna, o czym pisał Instytut Jagielloński w raporcie “Perspektywy rozwoju corporate PPA w Polsce”. Analitycy stwierdzają, że obecnie przepisy zniechęcają przemysł energochłonny do zawierania umów cPPA.
– Zużycie tych firm sięga 30 TWh na rok, co stanowi połowę rocznego zużycia całego krajowego przemysłu. Do przejścia na zieloną energię zniechęcają krajowe zasady przyznawania rekompensat dla sektorów energochłonnych w przypadku kontraktowania energii ze źródeł konwencjonalnych. Na ich podstawie podmioty te otrzymują dopłatę do zakupu energii, drożejącej pod wpływem wzrostu cen uprawnień do emisji CO2. Jednak wsparcie nie trafia do energii wytworzonej z OZE. Przemysł nie otrzymuje więc impulsu do przestawiania się na nią. Wydaje się to sprzeczne z polityką UE- czytamy w publikacji IJ.

Potrzebne są więc zmiany dające realne wsparcie dekarbonizacji przemysłu, w tym produkcji stali ponieważ bez niego proces nie będzie możliwy do sfinalizowania.

Źródło: Hybrit/Vattenfall/SSAB/Reuters/Arcelor Mittal/Reuters/

Patrycja Rapacka

Analityk i redaktor w GLOBEnergia. Transformacja energetyczna, OZE, offshore wind, atom