Linnas Massachusettsi osariigis Woburnis, Bostonist põhja pool asuvas eeslinnas, vaatas valgetes kitlites inseneride ja teadlaste kaader neoonvalgustusega laboriruumis laual korrapäraselt virna telliskivisuuruseid püstolhall teraskangi.
Nad vaatasid teraspartii, mis loodi uuendusliku tootmismeetodi abil Bostoni metallMIT-st kümmekond aastat tagasi välja tulnud ettevõte loodab, et see kujundab dramaatiliselt ümber selle, kuidas sulamit on sajandeid tehtud. Raua maagist eraldamiseks elektrit kasutades suudab ettevõte toota terast ilma süsinikdioksiidi eraldamata, pakkudes teed maailma ühe halvima tööstuse puhastamiseks kasvuhoonegaaside heitkoguste osas.
Inseneri- ja ehitustöös oluline sisend, teras on üks populaarsemaid tööstusmaterjale maailmas, milles on rohkem kui 2 miljardit tonni aastas. See küllus on aga selle eest järsu hinnaga keskkond. Terasetööstus moodustab 7 et 11 protsenti kasvuhoonegaaside heitkoguseid, muutes selle üheks suurimaks tööstuslikuks atmosfäärisaasteallikaks. Ja kuna tootmine võiks tõusma 2050. aastaks võib see keskkonnakoormus kasvada kolmandiku võrra.
See kujutab endast märkimisväärset väljakutset kliimakriisiga toimetulekuks. Ühendatud rahvad ütleb tööstusliku süsinikdioksiidi heitkoguste märkimisväärne vähendamine on oluline selleks, et hoida globaalset soojenemist 1.5. aasta Pariisi kliimakokkuleppega kehtestatud 2015 kraadi Celsiuse järgi. Selleks peavad terase- ja muu rasketööstuse heitkogused 93. aastaks vähenema 2050 protsenti. hinnangul Rahvusvahelise Energiaagentuuri poolt.
Seistes silmitsi valitsuste ja investorite kasvava survega heitkoguste vähendamiseks, katsetavad mitmed terasetootjad – sealhulgas nii suured tootjad kui ka idufirmad – vähese süsinikdioksiidiheitega tehnoloogiaid, mis kasutavad traditsioonilise süsinikumahuka tootmise asemel vesinikku või elektrit. Mõned neist jõupingutustest on lähenemas kommertsreaalsusele.
"See, millest me räägime, on kapitalimahukas ja riskikartlik tööstus, kus katkestused on äärmiselt haruldased," ütles Pariisis asuva teadusuuringute mõttekoja IDDRI energiaökonomist Chris Bataille. Seetõttu lisas ta: "See on põnev", et korraga toimub nii palju.
Sellegipoolest nõustuvad eksperdid globaalse tööstuse ümberkujundamisega, mis pöördus ümber $ 2.5 triljonit 2017. aastal ja annab tööd rohkem kui 6 miljonit inimest võtab tohutult vaeva. Lisaks praktilistele takistustele, mis takistavad uudsete protsesside õigeaegset suurendamist ülemaailmsete kliimaeesmärkide saavutamiseks, on muret Hiina pärast, kus toodetakse üle poole maailma terasest ja kelle plaanid terasesektori süsinikdioksiidiheite vähendamiseks on endiselt ebamäärased.
"Sellise tööstuse dekarboniseerimine pole kindlasti lihtne lahendus," ütles Bataille. "Aga valikut pole. Sektori ja meie kliima tulevik sõltub just sellest.
________
Kaasaegne terasetootmine hõlmab mitu tootmisetappi. Kõige sagedamini purustatakse rauamaak ja muudetakse paagutamiseks (kare tahke aine) või graanuliteks. Eraldi küpsetatakse sütt ja muudetakse koksiks. Seejärel segatakse maak ja koks lubjakiviga ja juhitakse suurde kõrgahju, kus põhjast juhitakse sisse ülikuuma õhuvool. Kõrgetel temperatuuridel koks põleb ja segust tekib vedel raud, mida tuntakse malmi või kõrgahjuraudana. Sulanud materjal läheb seejärel hapnikuahju, kus see puhutakse puhta hapnikuga läbi vesijahutusega toru, mis sunnib süsiniku välja jätma toorterasest lõpptootena.
See meetod, mille patenteeris esmakordselt inglise insener Henry Bessemer 1850. aastatel, tekitab süsinikdioksiidi heitmeid erineval viisil. Esiteks põhjustavad kõrgahjus toimuvad keemilised reaktsioonid heitmeid, kuna koksis ja lubjakivis kinni jäänud süsinik seostub õhus oleva hapnikuga, tekitades kõrvalsaadusena süsinikdioksiidi. Lisaks põletatakse fossiilkütuseid tavaliselt kõrgahju soojendamiseks ning paagutamis- ja pelletitehaste ning koksiahjude toiteks, eraldades protsessi käigus süsinikdioksiidi.
Tervelt 70 protsenti maailma terasest toodetakse sel viisil, tekitades ligi kaks tonni süsihappegaasi iga toodetud terase tonni kohta. The ülejäänud 30 protsenti peaaegu kõik on valmistatud elektrikaarahjude kaudu, mis kasutavad terase sulatamiseks elektrivoolu – suures osas ringlussevõetud vanaraua – ja millel on palju madalam CO2 heitkogus kui kõrgahjud.
Kuid vanametalli piiratud pakkumise tõttu ei saa kogu tulevast nõudlust sel viisil rahuldada, ütles San Franciscos asuva energia- ja kliimapoliitika ettevõtte Energy Innovation tööstuse programmidirektor ja modelleerimisjuht Jeffrey Rissman. Ta ütles, et õigete poliitikate korral võib ringlussevõtt 45. aastal rahuldada kuni 2050 protsenti ülemaailmsest nõudlusest. "Ülejäänud rahuldatakse esmase maagipõhise terase sepistamise teel, millest tuleb enamik heitkoguseid."
Nii et "kui terasetööstus suhtub oma kliimakohustustesse tõsiselt", lisas ta, "peab ta materjali valmistamise viisi põhjalikult ümber kujundama ja tegema seda üsna kiiresti."
________
Üks katsetatav alternatiivne tehnoloogia asendab koksi vesinikuga. Rootsis, Hübriit– terasetootja SSAB, energiatarnija Vattenfalli ja rauamaagi tootja LKAB ühisettevõte – katsetab protsessi, mille eesmärk on olemasoleva süsteemi, mida nimetatakse otseselt redutseeritud rauaks, uuesti kasutusele võtta. Protsess kasutab fossiilkütustest koksi, et eraldada rauamaagi graanulitest hapnikku, jättes järele poorse rauagraanuli, mida nimetatakse käsnrauaks.
Hübriidi meetod ekstraheerib hapnikku hoopis fossiilse vesinikgaasi abil. Gaas luuakse elektrolüüsi teel, mis kasutab elektrivoolu – antud juhul fossiilvabast energiaallikast – vee eraldamiseks vesinikuks ja hapnikuks. (Enamik puhast vesinikku täna on tehtud metaaniga, mis tekitab põletamisel CO2.) Saadud käsnraud läheb seejärel elektrikaarahju, kus see lõpuks teraseks rafineeritakse. Protsessi käigus eraldub kõrvalsaadusena ainult veeaur.
"Seda tehnoloogiat on tuntud juba mõnda aega, kuid seni on seda tehtud ainult laboris," ütles Vattenfalli tööstuse dekarboniseerimise juht Mikael Nordlander. "See, mida me siin teeme, on selleks, et näha, kas see töötab [tööstuse] tasemel."
Eelmise aasta augustis jõudis Hybrit oma esimese verstapostini: SSAB, mis toodab ja müüb lõpptoodet, tarnis oma esimese partii fossiilivaba terast autotootjale Volvo, mis kasutasid seda sõidukite prototüüpides. Samuti kavandab ettevõte kaubanduslikuks tootmiseks mõeldud tehast, mille eesmärk on valmis saada 2026. aastaks.
Teine Rootsi ettevõtmine, H2 Green Steel, arendab sarnast kaubandusliku mastaabiga vesinikterase tehast 105 miljoni dollari abiga, mis on kogutud erainvestoritelt ja ettevõtetelt, sealhulgas Mercedes-Benz, Scania ja Ikeaga seotud organisatsioon IMAS Foundation. Ettevõte plaanid alustada tootmist aastaks 2024 ja toota kümnendi lõpuks 5 miljonit tonni heitmevaba terast aastas. Teised vesinikul töötavat terasetootmist testivad ettevõtted hõlmavad ArcelorMittal, ThyssenKruppja Salzgitter AG Saksamaal; Posco Lõuna-Koreas; ja voestalpine Austrias.
Rauamaagi vähendamiseks saab kasutada ka elektrit. Näiteks Boston Metal on välja töötanud protsessi, mida nimetatakse sulaoksiidi elektrolüüsiks, mille käigus vool liigub läbi rauamaaki sisaldava raku. Kui elekter liigub elemendi mõlema otsa vahel ja soojendab maaki, mullitab hapnik (ja seda saab koguda), samal ajal kui rauamaak muudetakse vedelaks rauaks, mis koguneb raku põhja ja mida perioodiliselt koputatakse. Seejärel segatakse puhastatud raud süsiniku ja muude koostisosadega.
„Põhimõtteliselt vahetame süsiniku redutseerijana elektri vastu,“ selgitas ettevõtte äriarenduse vanem asepresident Adam Rauwerdink. "See võimaldab meil valmistada väga kvaliteetset terast, kasutades palju vähem energiat ja vähemate etappidega kui tavaline terase tootmine." Ta lisas, et seni, kuni energia pärineb fossiilsetest allikatest, ei tekita protsess süsinikdioksiidi heitmeid.
Ta ütles, et ettevõte, mis juhib praegu oma Woburni rajatises kolme pilootliini, töötab selle nimel, et tuua turule oma laborikontseptsioon, kasutades Eelmisel aastal koguti 50 miljonit dollarit investorite grupist, sealhulgas Breakthrough Energy Ventures, mida toetab Bill Gates, ja Saksa autotootja BMW. Kaubandusliku mastaabiga näidistehas peaks valmima ja tööle 2025. aastaks.
"Ma tunnen, et kõigil neil lahendustel on oma koht, olenevalt asukohast, ressursside saadavusest ja sihitud tootest," ütles Arizona osariigi ülikooli materjaliteaduse ja inseneriteaduse professor Sridhar Seetharaman. "Kuid ma arvan, et praegu ei anna keegi üksi teile nõudluse rahuldamiseks hõbekuuli."
"Vesinikul on natuke edumaa, mis põhineb väljakujunenud süsteemil ja see on ees ka kommertsialiseerimises," ütles IDDRI energiaökonomist Bataille. "Kuid nullivaba terasetööstuse saavutamine nõuab rohkem süsinikuvaba teid, nii et ma arvan, et lõpuks on turul nende kõigi jaoks piisavalt ruumi."
________
Kuigi keskkonnasäästlikumad terasetootmisprotsessid näivad koguvat hoogu, tuleb silmitsi seista mitmete tõsiste väljakutsetega. Peamine neist on taastuvenergia infrastruktuuri tohutu laienemine, mida tooks kaasa kogu tööstusharu hõlmav üleminek nendele uutele meetoditele, ütles Thomas Koch Blank, Colorados asuva mittetulundusühingu vanemdirektor. Kaljumägede Instituut. Tema hinnangul vajaks maailm olemasoleva terase esmatootmise elektrifitseerimiseks kuni kolm korda rohkem kui praegu paigaldatud päikese- ja tuuleenergiaallikaid.
Teine takistus on hind. Elektrile või vesinikule üleminek nõuaks uute jaamade püstitamiseks ja vanade moderniseerimiseks suuri kapitalikulutusi. Puhta vesiniku meetodi puhul tõuseb terase hinnasilt suuresti seetõttu, et terasetootjad asuvad pigem odava koksisöe kui odava vesiniku lähedal, märkis Koch Blank. "Need esialgsed kulud tõstavad tõenäoliselt nii terase kui ka lõpptoodete hinda, vähemalt alguses."
San Francisco analüütiku Rissmani sõnul võiksid nii pakkumise kui ka nõudluse pooled puudutavad õigusaktid aidata neid kõrgemaid kulusid kompenseerida ja julgustada rohkem investeerima keskkonnasõbralikumatesse tehnoloogiatesse. Ta ütles, et valitsused võiksid ergutada madala süsinikusisaldusega terase kasutamist ehituses ja infrastruktuuris, nõudes riigi rahastatavatelt projektidelt selleks ette nähtud ehitusmaterjalide madala süsinikusisaldusega versioonide kasutamist. Samuti võiksid nad jõustada poliitikat, mis muudab ostmise kallimaks riikidest, kus heitkoguste eeskirjad on vähem ranged. See aitab kodumaistel tootjatel konkurentsis püsida, kuna puhta terase turg „kasvab ja uued tootmisprotsessid saavutavad mastaabisäästu,” ütles Rissman.
Võib-olla on suurim teetõke Hiina, kus umbes 90 protsenti terase tootmine saavutatakse kõrgahjude abil. Septembris 2020 president Xi Jinping teatas et riigi eesmärk on muutuda süsinikuneutraalseks aastaks 2060. Püüdes vähendada kodumaistest terasetehastest tulenevat saastet, mis moodustavad umbes 15 protsenti riigi süsinikdioksiidi heitkogustest on Peking samuti lubanud saavutada 2030. aastaks terase heitkoguste tipptase. Sellegipoolest teatati Hiinas 18. aasta esimese kuue kuu jooksul 2021 uuest kõrgahjuprojektist, vastavalt Helsingis asuvale uurimisrühmale Center for Research on Energy and Clean Air.
Rissman ütles, et teras on üks olulisemaid ja keerulisemaid tööstusharusid süsinikdioksiidi vähendamiseks, nii et selle ülemaailmne koordineerimine aitaks suuresti kaasa.
Tagasi Bostonis nõustus Rauwerdink Boston Metalli tehaseliine uurides. "See on fantastiline väljakutse, millega me silmitsi seisame," sõnas ta. Kuid ta lisas: "Näitame, et lahendused on olemas ja töötavad."
See artikkel oli algselt avaldatud Tühjendage. Loe algse artikli.
Image Credit: Třinecké železárny / Wikimedia Commons
