Снежный ком безуглеродной металлургии

О фундаментальном переходе «от выпуска железорудных окатышей к производству безуглеродного губчатого железа (сырьё для производства высококачественных сталей. – Прим. ред.) с применением новой водородной технологии» LKAB заявила в конце прошлого года, аккурат к своему 130-летию.

«Эта инициатива станет крупнейшей в сфере промышленности в современной истории, – без ложной скромности объявил гендиректор компании Ян Мострём на презентации новой стратегии. – Будучи реализованной, она создаст тысячи новых рабочих мест и позволит снизить выброс диоксида углерода на 35 млн тонн в год – две трети от всего объёма эмиссии СО₂ в Швеции».

Учитывая, что на металлургическое производство приходится всего 7% углеродной эмиссии, кажется странным, что об этом, казалось бы, сугубо отраслевом событии написали почти все крупнейшие деловые издания.

Глобальная эмиссия парниковых газов по секторам экономики

Дело в том, что в отличие, скажем, от автомобильного или энергетического секторов, где низкоуглеродные технологии внедряются давно и успешно, в металлургии они до сих пор в новинку – не в последнюю очередь из-за своей запретительной дороговизны. Однако в последние годы ситуация меняется, и шведские металлурги – в авангарде этих изменений.

Три последствия для экономики

Несмотря на то что в своей технологической основе сталелитейная промышленность остаётся неизменной несколько десятилетий, по данным Мировой металлургической ассоциации, за последние полвека объём затраченной энергии на тонну стали снизился на 60%. В результате выделение СО₂ металлургическими заводами снизилось на треть. Всё это стало результатом многочисленных мер по повышению энергоэффективности и расширению повторного использования металлолома. Однако достичь нулевого уровня выбросов путём серии небольших инноваций невозможно. Нужен технологический прорыв.

Динамика энергопотребления в металлургии

Проект HYBRIT, стартовавший пять лет назад, – самый наглядный пример такого прорыва. Он стал частью масштабной программы правительства Швеции по декарбонизации всей экономики, охватившей 22 отрасли. По этой программе, к 2045 году Швеция должна снизить уровень эмиссии СО₂ до показателей 1990 года. На практике LKAB, Vattenfall, SSAB начали реализовывать свою инициативу в 2018 году, запустив строительство первого в мире металлургического предприятия, работающего без ископаемого топлива. Завод в городе Лулео на севере Швеции был запущен в конце прошлого лета. На церемонию открытия прибыл премьер-министр Стефан Лёвен, подтвердивший намерение правительства сделать металлургическую промышленность страны «полностью свободной от ископаемого топлива за 20 лет».

В общих чертах суть применённой там технологии заключается в замене коксующегося угля в качестве топлива для получения стали на водород, полученный к тому же «зелёным» способом, с помощью электролиза воды с использованием ВИЭ (ветряков и солнечных батарей). Продукция завода – так называемое прямовосстановленное, или губчатое, железо (DRI – Direct Reduced Iron) в форме окатышей или брикетов, которое впоследствии используется в качестве экологичной добавки к чёрному металлолому в типовой электропечи для выплавки стали. Предполагается, что такая технология в будущем полностью заменит традиционное доменно-конвертерное производство и сократит выбросы углекислого газа при производстве стали на 25% к 2025 году, а к 2045 году производство станет экологически чистым.

Проблема, о которой апологеты проекта пока предпочитают не упоминать, заключается в цене продукта, который выходит на 20–30% дороже. Здесь шведы работают на перспективу, рассчитывая на снижение стоимости возобновляемого электричества и рост пошлин на эмиссию СО₂ в Евросоюзе.

Прямовосстановленное железо, согласно заявлениям LKAB, будет интегрировано в производственные цепочки компании. По мнению Томаса Бланка из Института Роки Маунтин, это важно не только для шведской металлургии, но и для экономики в целом по трём причинам:

· во-первых, избавившись от доменных печей, многие из которых расположены в других странах, LKAB уже одним этим шагом существенно снизит общий углеродный след Швеции;

· во-вторых, производство водорода, необходимого для новой технологии, приведёт к снижению стоимости этого вида топлива на рынке, что в перспективе поможет снизить объём выбросов в других секторах, включая авиацию и морские перевозки;

· наконец, успешная работа завода в Лулео должна снять все вопросы относительно коммерческой эффективности применённой на нём технологии.

Технология завода в Лулео

Швеция – сравнительно небольшая экономика (ВВП – порядка $500 млрд, примерно втрое меньше российского), при этом достаточно развитая и экологически чистая даже по европейским меркам. Энергетика Швеции более чем наполовину состоит из возобновляемых источников, главным образом от ГЭС. В год среднестатистический швед выбрасывает в атмосферу 5,9 тонны диоксида углерода, тогда как аналогичный показатель для ЕС составляет 8,6 тонны, а для США – 19,7 тонны.

Однако проект HYBRIT имеет все шансы не только создать тысячи рабочих мест при одновременном повышении конкурентоспособности компаний-участников в долгосрочной перспективе, но и снизить и без того невысокий национальный уровень углеродных выбросов. LKAB производит 27 млн тонн железной руды в год, что соответствует 18 млн тонн стали. При производстве такого объёма в традиционных доменных печах выбросы составят 28 млн тонн CО₂ – более половины всего шведского углеродного следа в 52 млн тонн. Металлургия – лишь один из секторов, где применение водорода в качестве энергоносителя может быть эффективно. И если пока грузовики, автобусы и тем более самолёты или морские суда на водородном топливе не более чем неоправданно дорогая и экономически неэффективная диковина, то с увеличением масштабов производства цена водорода неизбежно упадёт.

Без субсидий. Почти

С точки зрения объёма задействованного водорода LKAB делает огромный шаг в реализации «Водородной стратегии», принятой Европейской комиссией. К примеру, завод в Лулео в перспективе сможет производить столько водорода, что хватило бы на 500 тыс. автомобилей на водородных топливных элементах. Производство водорода в таких количествах требует около 10 ГВт электролитических мощностей – четверть от общих целей Евросоюза на 2030 год.

Руководство LKAB заявляет, что выведет завод в Лулео на полную мощность в 2027 году, через год после того, как их партнёры из SSAB планируют вывести из эксплуатации доменные печи на своём металлургическом завод в Окселесунде. Более того, по словам Иорана Перссона, члена совета директоров Института мировых ресурсов (WRI) и бывшего премьер-министра Швеции, необходимые инвестиции будут сделаны без господдержки. Эксперт ожидает, что проект будет конкурентоспособен без субсидий, превышающих выплаты в рамках европейской системы торговли выбросами.

«LKAB – единственная в мире металлургическая компания, заявившая о планах наращивать производство прямовосстановленного железа на 30% ежегодно на протяжении 20 лет, развеявшая тем самым сомнения, что технология DRI с применением водорода может быть быстро масштабирована», – пишет Томас Бланк.

Однако даже по его оптимистичным оценкам, проект HYBRIT снизит объём выбросов мировой сталелитейной промышленности всего на 1%, и, учитывая масштаб необходимых инвестиций, ожидать, что он совершит революцию в индустрии, не приходится. В то же время многие металлургические компании могут последовать примеру LKAB и интегрировать губчатое безуглеродное железо в свои производственные цепочки.

Тем более что Австралия, Южная Африка и Латинская Америка, где расположены крупнейшие запасы железной руды, имеют куда более благоприятные условия для развития возобновляемой энергии и её применения в электролизе водорода, чем Швеция.

Фактически в этих регионах безуглеродная сталь может конкурировать с обычной сталью, выплавленной с помощью доменных печей, без каких-либо субсидий. Австралийские эксперты из Института Граттана уже подсчитали, что «зелёная» сталь на базе водорода может принести стране дополнительно $65 млрд экспортной выручки и трудоустроить 25 тыс. человек из закрывающихся угледобывающих предприятий.

По склону Кирунавары

Ключевая проблема декарбонизации металлургии – стоимость возобновляемой электроэнергии. Однако проведённое в Институте Роки Маунтин моделирование затрат показывает, что безуглеродная сталь может стать рентабельной достаточно быстро.

При цене на «зелёное» электричество на уровне $25 за 1 МВт∙ч, которая сегодня достигается во многих регионах мира, и стоимости водородного электролизера в $450 за 1 кВт, которая будет достигнута к концу этого года, первичная сталь обойдётся в $400 за тонну. Это конкурентный показатель по сравнению со многими действующими сталелитейными заводами.

Впрочем, сами металлурги за пределами проекта HYBRIT этого оптимизма не разделяют. В Шведской металлургической ассоциации полагают, что на крупномасштабное внедрение безуглеродной технологии на базе водорода уйдёт по меньшей мере 20–30 лет, а на сайте Мировой металлургической ассоциации и вовсе нет ни слова о «водородной» стали.

«Независимо от того, признают промышленные ассоциации эту технологию или нет, снежный ком уже несётся по склону гор Луосавары и Кирунавары (L и К в LKAB), и эта лавина накроет сталелитейную промышленность уже в ближайшее десятилетие, – убежден Томас Бланк. – Те, кто выживет после её удара, вновь выйдут на лыжню из чистого снега. Остальные же, кто инвестировал в устаревшие углеродонагруженные технологии, останутся погребёнными под снежной массой».