«Две стали без углерода, пожалуйста!»: зачем нужна безуглеродная металлургия

О чем вообще речь?

Сталь — это сплав железа с углеродом, вроде так? В целом да. Там, конечно, могут присутствовать и другие примеси, дающие разные полезные свойства, например повышенную прочность или устойчивость к коррозии. Как же готовят сталь?

Рецепт прост: кладем в котел железо, доводим до кипения, посыпаем сверху углеродом, помешиваем. Кобальт, никель, молибден — по вкусу. Охлаждаем, и — вуаля! — вот и сталь. Несколько веков схема работала, но есть и минус: процесс очень загрязняет окружающую среду. А мы ведь этого не хотим? Тогда надо что-то менять.

В чем суть технологии?

Сталь нужна, а углеродный след в атмосфере не нужен. Поэтому надо как-то исключить этот вредный компонент из производства полезного сплава. 

Один только металлолом, возвращенный в производство, позволил заводам во всем мире сократить выбросы углекислого газа на треть за последние 50 лет. А энергии на выплавление тонны стали теперь тратится на 60% меньше, согласно данным Всемирной ассоциации стали (World Steel Association).

К тому же сталелитейная промышленность производит до 9% мировых выбросов жутко вредного диоксида углерода. Это, конечно, не энергетика и сельское хозяйство, которые на двоих производят почти три четверти всех выбросов, но тоже немало. Как если представить, что нужно делать домашку не по десяти предметам, а только по девяти. Хорошо же? Вот и экологии хорошо.

А как этого добиться?

Во-первых, использовать в качестве основного восстановителя водород. Он может заменить природный газ и позволит достичь заметного снижения выбросов. Да и вообще это сейчас один из главных технологических трендов в деле уменьшения углеродного следа. Есть и минусы: это сложно и дорого. Водород жутко коварный: горит невидимым пламенем, в смеси с воздухом взрывается на раз. А стоимость восстановления железа с ним в 5 раз выше. Ну и кто будет так рисковать собственными деньгами? Металлурги хоть и развивают эту технологию, но хайпа вокруг нее не разделяют.

А вот если использовать водород для производства прямовосстановленного железа (оно также называется губчатым, или DRI, Direct Reduced Iron), это уже совсем другое дело. Это метод производства, при котором железо не выплавляют из руды, а восстанавливают химической реакцией с помощью твердого углерода и газов. И это лучше, чем коксующийся уголь в огромной домне, которая коптит, как старый КамАЗ.

Из металлолома таким образом можно производить окатыши или брикеты — это такая форма, напоминающая шоколадный батончик. А в дальнейшем эта металлургическая «приправа» станет отличной добавкой в нашем котле с черным металлом. С его помощью из этого варева получится все та же по качеству сталь, но гораздо более экологичная.

Насколько это реально сейчас?

Вполне реально. Шведская металлургическая компания SSAB еще два года назад поставила на поток производство «безуглеродной» стали. И не просто складывает бруски штабелями на складе, а поставляет их клиенту — например, производителю автомобилей Volvo. Восстановленное железо они произвели на экспериментальной установке HYBRIT, которая работает на водороде. Его, в свою очередь, получили электролизом с помощью ветряков и энергии гидроэлектростанций. В общем, это очень «зеленая» сталь.

Конечно, пока процесс обходится на 20–30% дороже, но компания работает на перспективу. В SSAB ожидают, что к 2026 году их технологи настолько продвинутся, что появится способ удешевить процесс, а это уже выведет всю металлургию на промышленный уровень. Ох уж эти шведы: экологичные дома из дерева, экологичные машины без углерода… Кто-то еще сомневается, что они первыми откажутся от сжигания топлива?

Так что, светлое будущее?

И да и нет. С одной стороны, «озеленение» черной металлургии будет втрое эффективнее, чем если все резко пересядут с машин на лошадей. Ведь метод прямого восстановления железа из руды предполагает рабочую температуру около 1000 °C, тогда как чадящей домне нужны все 1500 °C. И воздух чище, и глобальному потеплению ответ.

С другой — до коммерчески эффективной технологии еще долго, стоит это дорого. Да, черная металлургия станет не такой уж и черной, но те же шведы рассчитывают достичь углеродной нейтральности к 2045 году и потратить на это порядка 47 млрд долларов. Российские компании пока шагают не так широко. И все же, если ничего не делать, чуда и не произойдет. В конце концов, бензин тоже когда-то был просто средством для удаления пятен.