Компания Charm Industrial привлекла внимание необычным методом утилизации углекислого газа: они преобразуют растительную биомассу в биомасло, которое затем закачивают в глубокие скважины и соляные пещеры. Теперь же этот стартап из Сан-Франциско изучает возможность использования этого масла для сокращения выбросов в одной из самых «грязных» отраслей — производстве чугуна и стали.
На долю металлургии приходится около 4 миллиардов тонн выбросов CO2 ежегодно, что составляет примерно 10% всех климатических загрязнений, связанных с энергетикой, согласно отчету Международного энергетического агентства за 2020 год. За последнее столетие эти показатели резко возросли, в основном из-за бурного экономического роста в Китае и других странах.
Значительные выбросы и ужесточение климатической политики в ряде регионов, включая Канаду и Европейский Союз, подталкивают некоторые компании к поиску более чистых способов получения этих незаменимых строительных материалов современного мира. Шведский консорциум Hybrit, созданный стальным гигантом SSAB, государственной энергетической компанией Vattenfall и горнодобывающей LKAB, уже поставил первую коммерческую партию «зеленой» стали концерну Volvo. В их методе использовался безуглеродный водород вместо угля и кокса. Другие игроки рассматривают улавливание CO2 или, как Boston Metal, внедряют совершенно новые электрохимические процессы.
Charm же тестирует иной подход. В углу своего склада сотрудники используют узкий металлический аппарат, называемый риформером, для обработки биомасла горячим паром и кислородом. В результате чего образуется так называемый синтез-газ — смесь преимущественно монооксида углерода и водорода.
Этот газ потенциально можно использовать в одном из методов производства чугуна и стали.
Наиболее распространенный способ получения стали начинается с доменной печи, где железную руду, известняк и кокс (разновидность угля) нагревают до температур свыше 1500 ˚C. Полученный богатый углеродом металл, так называемый «чугун-сырец», переходит во вторую печь, где путем продувки кислородом удаляются примеси и добавляются легирующие элементы для получения различных марок стали.
Выбросы происходят на каждом этапе этого процесса: при добыче и переработке руды, угля и кокса; при сжигании топлива для топки печей; и в результате химических реакций внутри них.
Однако около 7% неперерабатываемой стали сегодня производится по другой схеме — методу прямого восстановления. Обычно для удаления атомов кислорода из оксида железа в шахтной печи используется природный газ. Это дает так называемое «губчатое железо», которое затем нужно лишь расплавить и смешать с другими компонентами. Второй этап может осуществляться в электродуговой печи, которая может работать на безуглеродной энергии от солнечных, ветровых, геотермальных или атомных установок.
Этот метод уже производит меньше выбросов, чем процесс в доменной печи. Но его можно сделать еще чище, заменив природный газ альтернативами: в случае Hybrit это безуглеродный водород, а в случае Charm — синтез-газ из отходов урожая.
По словам генерального директора Питера Райнхардта, поскольку растения поглощали углерод, входящий в синтез-газ, из атмосферы, процесс в принципе не должен приводить к увеличению выбросов по сравнению с поглощением. Если же это будет осуществляться на объекте с дополнительным оборудованием для улавливания выбросов, можно получить даже сталь с отрицательным углеродным следом, то есть удалять больше CO2, чем выделять.
Райнхардт сообщил, что компания ведет переговоры с несколькими производителями стали о демонстрационных проектах, изучая возможности внедрения синтез-газа на основе биомасла как более чистого способа производства железа.
Charm рассматривает несколько рыночных стратегий: прямые продажи синтез-газа металлургам или производство собственного горячебрикетированного железа (HBI, продукт, следующий за губчатым железом). Любое предприятие, использующее электродуговую печь, сможет использовать HBI для выплавки стали. В США большая часть стали производится именно из вторсырья с помощью таких печей.
Впрочем, Charm столкнется с очевидными проблемами.
Во-первых, сталелитейная промышленность десятилетиями оттачивала существующие методы производства и вложила в них колоссальные средства.
«Доменная печь — одна из самых энергоэффективных машин, когда-либо изобретенных, — отмечает Ребекка Делл, директор отраслевой программы в ClimateWorks. — Мы более века оптимизировали ее работу. Поэтому люди не изменят ей без очень веской причины».
Эта причина, скорее всего, будет включать жесткие государственные мандаты или значительные стимулы в большем числе стран, особенно в США, Китае, Индии и других быстрорастущих экономиках, а также растущий спрос со стороны заказчиков, стремящихся к более «зеленым» цепочкам поставок.
Другой вопрос — насколько этот подход поможет решить проблему выбросов в целом. У компаний уже был печальный опыт, когда источники биоэнергии, заявленные как климатически дружелюбные, при тщательном анализе всей цепочки оказывались не такими. Этанол из кукурузы — яркий пример.
«У нас был очень негативный опыт с источниками биоэнергии… и мы должны извлечь из этого уроки, — комментирует Делл. — Поэтому это заявление требует тщательной проверки. Даже если продукт может быть низкоуглеродным, он почти никогда не бывает углеродно-нейтральным».
Также до конца не ясно, станет ли метод Charm наиболее доступным или привлекательным способом сокращения выбросов в сталелитейной промышленности на фоне других разрабатываемых решений.
Однако, как отмечает Делл, загрязнение от чугуна и стали — это настолько масштабная и неотложная проблема, что нам, вероятно, понадобится целый комплекс решений, а значит, стоит диверсифицировать наши технологические ставки.
