Şehirde Boston'un hemen kuzeyindeki bir banliyö olan Woburn, Massachusetts'te, beyaz önlüklü bir mühendis ve bilim adamı kadrosu, neon ışıklı bir laboratuvar alanı içindeki bir masanın üzerinde düzenli bir şekilde tuğla boyutunda, tunç grisi çelik külçe yığınını inceledi.
Baktıkları şey, yenilikçi bir üretim yöntemi kullanılarak oluşturulmuş bir çelik partisiydi. Boston MetaliOn yıl önce MIT'den ayrılan bir şirket, alaşımın yüzyıllardır yapılma şeklini çarpıcı biçimde yeniden şekillendireceğini umuyor. Firma, demiri cevherinden ayırmak için elektrik kullanarak karbondioksit salınımı yapmadan çelik üretebileceğini iddia ederek, dünyanın en kötü endüstrilerinden birini sera gazı emisyonlarından temizlemenin bir yolunu sunuyor.
Mühendislik ve inşaat için vazgeçilmez bir girdi olan çelik, dünyadaki en popüler endüstriyel malzemelerden biridir. 2 milyar ton yıllık üretim yapılmaktadır. Ancak bu bolluğun yüksek bir bedeli var. çevre. Çelik üretimi hesaplanıyor 7 yüzde 11 Küresel sera gazı emisyonları, onu atmosferik kirliliğin en büyük endüstriyel kaynaklarından biri haline getiriyor. Ve çünkü üretim yükselmek 2050 yılına kadar bu çevresel yük üçte bir oranında artabilir.
Bu, iklim kriziyle mücadelede önemli bir zorluk teşkil ediyor. Birleşmiş Milletler diyor Küresel ısınmayı 1.5 Paris İklim Anlaşması kapsamında belirlenen 2015 santigrat derece sınırının altında tutmak için endüstriyel karbon emisyonlarının önemli ölçüde azaltılması gerekiyor. Buna göre, bunu başarmak için çelik ve diğer ağır endüstrilerden kaynaklanan emisyonların 93 yılına kadar yüzde 2050 oranında düşmesi gerekecek. tahminleri Uluslararası Enerji Ajansı tarafından.
Emisyonların azaltılması yönünde hükümetlerin ve yatırımcıların artan baskısıyla karşı karşıya kalan bazı çelik üreticileri (hem büyük üreticiler hem de yeni kurulan şirketler dahil), geleneksel karbon yoğun üretim yerine hidrojen veya elektrik kullanan düşük karbonlu teknolojileri deniyor. Bu çabalardan bazıları ticari gerçekliğe yaklaşıyor.
Paris merkezli bir araştırma düşünce kuruluşu olan IDDRI'den enerji ekonomisti Chris Bataille, "Sermaye yoğun, riskten kaçınan ve kesintilerin son derece nadir olduğu bir endüstriden bahsediyoruz" dedi. Bu nedenle, aynı anda bu kadar çok şeyin olması "heyecan verici" diye ekledi.
Yine de uzmanlar, tersine dönen küresel bir endüstriyi dönüştürmenin gerektiği konusunda hemfikir $ 2.5 trilyon 2017 yılında birden fazla kişiye istihdam sağlıyor 6 milyon kişi çok büyük çaba harcayacak. Küresel iklim hedeflerine ulaşmak için yeni süreçlerin zaman içinde büyütülmesinin önündeki pratik engellerin ötesinde, dünya çeliğinin yarısından fazlasının üretildiği ve çelik sektörünü karbondan arındırma planları belirsizliğini koruyan Çin'e ilişkin endişeler var.
Bataille, "Böyle bir endüstriyi karbondan arındırmak kesinlikle kolay bir çözüm değil" dedi. “Ama başka seçenek yok. Sektörün ve iklimimizin geleceği tam da buna bağlı.”
________
Modern çelik üretimi şunları içerir: birkaç üretim aşaması. En yaygın olarak demir cevheri ezilir ve sinter (kaba bir katı) veya pelet haline getirilir. Ayrı olarak kömür pişirilerek kok haline dönüştürülür. Cevher ve kok daha sonra kireçtaşı ile karıştırılır ve alttan aşırı sıcak hava akışının sağlandığı büyük bir yüksek fırına beslenir. Yüksek sıcaklıklarda kok yanar ve karışım, pik demir veya yüksek fırın demiri olarak bilinen sıvı demir üretir. Erimiş malzeme daha sonra bir oksijen fırınına gider ve burada su soğutmalı bir üfleme borusu aracılığıyla saf oksijenle püskürtülür, bu da karbonu son ürün olarak ham çeliği bırakmaya zorlar.
İlk kez 1850'lerde İngiliz mühendis Henry Bessemer tarafından patenti alınan bu yöntem, farklı şekillerde karbondioksit emisyonu üretiyor. İlk olarak, yüksek fırındaki kimyasal reaksiyonlar, kok ve kireçtaşında sıkışan karbonun havadaki oksijenle bağlanarak yan ürün olarak karbondioksit oluşturması nedeniyle emisyonlara neden olur. Buna ek olarak, fosil yakıtlar genellikle yüksek fırını ısıtmak ve sinterleme ve peletleme tesislerinin yanı sıra kok fırınlarına güç sağlamak için de yakılır ve işlem sırasında karbondioksit yayar.
Yüzde 70 kadar Dünyadaki çeliğin büyük bir kısmı bu şekilde üretiliyor. yaklaşık iki ton karbondioksit Üretilen her ton çelik için. kalan yüzde 30 neredeyse tümü, çeliği (büyük ölçüde geri dönüştürülmüş hurda) eritmek için elektrik akımı kullanan elektrik ark ocakları aracılığıyla yapılır ve çok daha düşük CO2 emisyonları yüksek fırınlardan daha fazladır.
Ancak San Francisco merkezli enerji ve iklim politikası firması Energy Innovation'da endüstri program direktörü ve modelleme başkanı Jeffrey Rissman, sınırlı hurda arzı nedeniyle gelecekteki tüm talebin bu şekilde karşılanamayacağını söyledi. Doğru politikalar uygulandığında geri dönüşümün 45 yılında küresel talebin yüzde 2050'ini karşılayabileceğini söyledi. "Geri kalanı, emisyonların çoğunun geldiği birincil cevher bazlı çeliğin dövülmesiyle karşılanacak."
Dolayısıyla, "çelik endüstrisi iklim taahhütleri konusunda ciddiyse", "malzemenin yapılma şeklini temelden yeniden şekillendirmesi ve bunu oldukça hızlı bir şekilde yapması gerekecek" diye ekledi.
________
Test edilen alternatif teknolojilerden biri kokun hidrojenle değiştirilmesidir. İsveçte, hibritÇelik üreticisi SSAB, enerji tedarikçisi Vattenfall ve demir cevheri üreticisi LKAB arasındaki ortak girişim, doğrudan indirgenmiş demir adı verilen mevcut bir sistemi yeniden kullanıma sokmayı amaçlayan bir sürecin pilot uygulamasını yürütüyor. İşlem, demir cevheri peletlerinden oksijeni çıkarmak için fosil yakıtlardan kok kullanıyor ve geriye sünger demir adı verilen gözenekli bir demir peleti kalıyor.
Hybrit yöntemi bunun yerine oksijeni fosil içermeyen hidrojen gazı kullanarak çıkarır. Gaz, suyu hidrojen ve oksijene ayırmak için elektrik akımını (bu durumda fosilsiz bir enerji kaynağından) kullanan bir teknik olan elektroliz yoluyla yaratılıyor. (En saf hidrojen bugün yapılmış yakıldığında CO2 üreten metanla birlikte kullanılır.) Ortaya çıkan sünger demir daha sonra bir elektrik ark ocağına gider ve burada sonunda çeliğe dönüştürülür. İşlem, yan ürün olarak yalnızca su buharını serbest bırakır.
Vattenfall'da karbondan arındırma endüstrisi başkanı Mikael Nordlander, "Bu teknoloji bir süredir biliniyor, ancak şu ana kadar yalnızca laboratuvarda yapıldı" dedi. "Burada yaptığımız şey bunun endüstriyel düzeyde işe yarayıp yaramayacağını görmek."
Geçtiğimiz Ağustos ayında Hybrit ilk dönüm noktasına ulaştı: Son ürünü üreten ve satan SSAB, ilk fosilsiz çelik partisini teslim etti otomobil üreticisi Volvo'ya, bunu araç prototiplerinde kullandı. Ayrıca, 2026 yılına kadar tamamlamayı hedeflediği ticari ölçekli üretime yönelik bir tesis de planlıyor.
Bir diğer İsveç girişimi olan H2 Green Steel, özel yatırımcılardan ve aralarında Mercedes-Benz, Scania ve Ikea bağlantılı bir kuruluş olan IMAS Vakfı'nın da bulunduğu şirketlerden elde edilen 105 milyon $'ın yardımıyla benzer bir ticari ölçekli hidrojenli çelik tesisi geliştiriyor. Şirket ağladım 2024 yılında üretime başlayacak ve on yılın sonuna kadar yılda 5 milyon ton sıfır emisyonlu çelik üretecek. Hidrojenle çalışan çelik üretimini test eden diğer şirketler arasında şunlar yer alıyor: ArcelorMittal, Thyssenkrupp, ve Salzgitter AG Almanyada; posco Güney Kore'de; Ve voestalpine Avusturya'da.
Elektrik aynı zamanda demir cevherini azaltmak için de kullanılabilir. Örneğin Boston Metal, erimiş oksit elektrolizi adı verilen ve akımın demir cevheri içeren bir hücreden geçtiği bir süreç geliştirdi. Elektrik, hücrenin her iki ucu arasında dolaşıp cevheri ısıttıkça, oksijen kabarcıkları çıkar (ve toplanabilir), demir cevheri ise hücrenin dibinde biriken ve periyodik olarak boşaltılan sıvı demire indirgenir. Saflaştırılmış demir daha sonra karbon ve diğer bileşenlerle karıştırılır.
Şirketin iş geliştirmeden sorumlu kıdemli başkan yardımcısı Adam Rauwerdink, "Yaptığımız şey, temel olarak, indirgeyici bir madde olarak karbonu elektrikle değiştirmektir" dedi. "Bu, geleneksel çelik üretimine göre çok daha az enerji kullanarak ve daha az adımda çok yüksek kaliteli çelik üretmemize olanak sağlıyor." Enerji fosil içermeyen kaynaklardan sağlandığı sürece sürecin karbon emisyonu yaratmadığını da sözlerine ekledi.
Şu anda Woburn tesisinde üç pilot hat işleten şirketin laboratuvar konseptini pazara sunmak için çalıştığını söyledi. Geçen yıl 50 milyon dolar toplandı Bill Gates ve Alman otomobil üreticisi BMW tarafından desteklenen Breakthrough Energy Ventures'ın da aralarında bulunduğu bir yatırımcı grubundan. Ticari ölçekli bir tanıtım tesisinin 2025 yılına kadar faaliyete geçmesi bekleniyor.
Arizona Eyalet Üniversitesi'nde malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü Sridhar Seetharaman, "Konuma, kaynak kullanılabilirliğine ve hedeflenen ürüne bağlı olarak tüm bu çözümlerin bir yeri olduğunu düşünüyorum" dedi. "Ancak şimdilik herhangi birinin talebi karşılamanız için size sihirli bir değnek vereceğini düşünmüyorum."
IDDRI enerji ekonomisti Bataille, "Hidrojenin yerleşik bir sisteme dayalı olması nedeniyle biraz önde başlamasına rağmen ticarileşme konusunda da önde" dedi. "Ancak net sıfır çelik endüstrisine ulaşmak için daha fazla karbonsuz yol gerekecek, bu yüzden sonunda pazarda hepsine yetecek kadar yer olacağını düşünüyorum."
________
Her ne kadar yeşil çelik üretim süreçleri ivme kazanıyor gibi görünse de, yüzleşilmesi gereken bir takım ciddi zorluklar var. Colorado merkezli kar amacı gütmeyen kuruluşun kıdemli müdürü Thomas Koch Blank, bunların arasında en önemlisi, bu yeni yöntemlere sektör çapında bir geçişin gerektireceği yenilenebilir enerji altyapısındaki büyük genişlemedir. Rocky Dağı Enstitüsü. Dünyanın mevcut birincil çelik üretimini elektriklendirmek için mevcut kurulu güneş ve rüzgar enerjisi kaynaklarının üç katına kadar ihtiyaç duyacağını tahmin ediyor.
Diğer bir engel ise maliyettir. Elektriğe veya hidrojene geçiş, yeni tesislerin kurulması ve eskilerinin güçlendirilmesi için büyük miktarda sermaye harcaması gerektirecektir. Koch Blank, temiz hidrojen yöntemi durumunda çelik fiyat etiketinin büyük ölçüde artacağını, çünkü çelik üreticilerinin düşük maliyetli hidrojen yerine düşük maliyetli koklaşabilir taş kömürüne yakın konumlandığını belirtti. "Bu ön maliyetler muhtemelen en azından başlangıçta hem çeliğin hem de nihai ürünlerin fiyatını artıracaktır."
San Francisco'daki analist Rissman'a göre, hem arz hem de talep tarafındaki mevzuat, bu yüksek maliyetlerin dengelenmesine yardımcı olabilir ve daha yeşil teknolojilere daha fazla yatırımı teşvik edebilir. Hükümetlerin, devlet tarafından finanse edilen projelerin belirlenmiş inşaat malzemelerinin düşük karbonlu versiyonlarını kullanmasını zorunlu kılarak bina ve altyapı için düşük karbonlu çelik kullanımını teşvik edebileceğini söyledi. Ayrıca emisyon kurallarının daha az katı olduğu ülkelerden satın almayı daha pahalı hale getiren politikaları da uygulayabilirler. Rissman, bunun, temiz çelik pazarı "büyüdükçe ve yeni üretim süreçleri ölçek ekonomisine ulaştıkça" yerli üreticilerin "rekabetçi kalmasına" yardımcı olacağını söyledi.
Belki de en büyük engel Çin'dir. Yaklaşık 90 yüzde Çelik üretimi yüksek fırınlar kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Eylül 2020'de Başkan Xi Jinping açıkladı ülkenin 2060 yılına kadar karbon nötr olmayı hedeflediği belirtiliyor. Yerli çelik fabrikalarından kaynaklanan kirliliği azaltmak amacıyla, yaklaşık yüzde 15’ini oluşturuyor Pekin ayrıca ülkenin genel karbon emisyonlarının 2030 yılına kadar en yüksek çelik emisyonlarına ulaşmak. Buna rağmen Çin'de sadece 18'in ilk altı ayında 2021 yeni yüksek fırın projesi açıklandı. göre Helsinki merkezli araştırma grubu Enerji ve Temiz Hava Araştırma Merkezi'ne.
Rissman, çeliğin karbondan arındırılması en önemli ve zorlu sektörlerden biri olduğunu, dolayısıyla bu konuda küresel koordinasyonun büyük ölçüde yardımcı olacağını söyledi.
Boston'da, Boston Metal'in fabrika hatlarını araştıran Rauwerdink de aynı görüşteydi. "Karşı karşıya olduğumuz muhteşem bir mücadele" dedi. Ancak şunu da ekledi: "Çözümlerin var olduğunu ve işe yaradığını gösteriyoruz."
Bu yazı orijinalinde Undark. Okumak Orijinal makale.
Resim Kredi: Třinecké železárny / Wikimedia Commons
