Energimyndighetens plattform för inspiration, fördjupning och dialog

Stål utan kol

Koldioxidfri stålproduktion – går det? Jo, det är möjligt men det innebär stora utmaningar på en mängd olika plan. I projektet Hybrit hoppas SSAB, LKAB och Vattenfall att lyckas med just det genom att ersätta kolen med vätgas producerad av grön el.

Uppdaterad: 2018-06-18 Publicerad: 2017-03-13

Text: Carl Johan Liljegren Bild: SSAB

Masugnstekniken för att tillverka järn har funnits i Sverige sedan 1100-talet. Processen bygger på att järnmalm hettas upp tillsammans med kol och reduceras till järn genom att kolet tar upp syret från järnmalmen.

Numera finns bara tre masugnar kvar i Sverige som alla tillhör stålkoncernen SSAB. Återvinning av all restenergi gör dessa masugnar mycket energieffektiva. Nackdelen med masugnsprocessen är att den avger mycket stora mängder koldioxid, cirka 1,6 ton per tillverkat ton stål. Det gör att trots att SSAB har världens effektivaste och renaste masugnar så står stålindustrin för cirka 10 procent av hela Sveriges koldioxidutsläpp.

Sedan många år har försök för att minska mängden koldioxid i masugnsprocessen bedrivits i Europa, med SSAB som en av deltagarna.

Martin Pei, teknisk direktör på SSAB och projektledare och initiativtagare till HYBRIT-projektet
Martin Pei, teknisk direktör på SSAB och projektledare och initiativtagare till HYBRIT-projektet

– Men man kommer bara halvvägs om man vidareutvecklar masugnstekniken kombinerad med CCS (Carbon Capture and Storage). Det är mycket mer attraktivt om man kan gå mot grundorsaken och komma bort från kol helt och hållet, säger Martin Pei, teknisk direktör på SSAB och projektledare och initiativtagare till HYBRIT-projektet.

HYBRIT står för Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology, och syftar till att lyckas tillverka järn där kol helt ersätts med vätgas producerad med hjälp av grön el.

Hela tillverkningsprocessen som HYBRIT-projektet bygger på är inte helt ny. Sedan tidigare tillverkas järn i form av så kallad järnsvamp genom direktreducering av järnmalm i länder med god tillgång till billig naturgas. Men naturgas är fortfarande ett fossilt bränsle, som dessutom avger en viss mängd koldioxid vid järnmalmsreduktion. Man kommer alltså inte undan negativa klimateffekter med denna metod. I HYBRIT-projektet skall man testa att ersätta naturgas med vätgas för järnsvampsproduktion.

Vätgasen ska framställas med hjälp av elektrolys spjälka upp vatten i dess beståndsdelar. Biprodukten i denna process är ren syrgas. Det är på detta sätt som HYBRIT-projektet tänker sig att framtidens koldioxidfria stål ska tillverkas. I och med att Sverige har en hög andel grön el från vatten, vind, och sol och ett strukturellt elöverskott skulle vätgasen kunna tillverkas när tillgången på elektricitet är god och priset lågt. I tider när det råder överskott på el kan energin tillvaratas och lagras som vätgas, som sedan används vid järnproduktion. Järnproduktionen skulle alltså användas för att balansera intermittent elkraft.

– Det här är en spännande och fantastisk möjlighet att ta ett rejält utvecklingssteg framåt. Men att göra allt detta i industriell skala innebär också stora utmaningar på flera plan. Allt från att få fram och lagra den enorma mängd vätgas som krävs, till att få järn- och stålproduktionen att fungera på det nya sättet, säger Martin Pei.

Fakta

Projektet pågår till 2035

HYBRIT-projektet kommer att pågå under lång tid. För närvarande görs en förstudie som ska vara klar i slutet på 2017. Under våren ska SSAB, LKAB och Vattenfall även bilda ett Joint Venture-bolag som ska fortsätta att driva initiativet framåt.

Nästa steg är ett fyraårigt forskningsprojekt med start under 2017, uppdelat på flera delprojekt, som delfinansieras av Energimyndigheten.

Delprojekten ska bland annat undersöka möjligheten för fossilfri produktion av järnmalmspellets, elkraftsförsörjning för vätgasproduktion och lagring av vätgas. I denna fas ska också en pilotanläggning för vätgasbaserad direktreduktion designas. Att färdigställa en sådan anläggning beräknas kosta i storleksordningen 1-2 miljarder kronor. Därefter följer forskning och försök i pilotanläggningen fram till 2024. Slutligen är planen att genomföra försök i en fullskalig demonstrationsanläggning fram till 2035.

– Det kan tyckas vara väldigt långt fram i tiden, men för en avancerad processindustri är det mycket bråttom, och ju fortare vi kommer igång desto bättre. Vi är väldigt tacksamma för det stöd vi fått från Energimyndigheten för att utföra förstudierna, och det är viktigt att vi får fortsatt stöd för projektet från staten, forskningsinstitut och högskolor, säger Martin Pei.

Avgörande är förstås också att den nya processvägen blir kommersiellt gångbar.

– Om tillverkningen blir för dyr så går det inte att genomföra och det är något som vi måste pröva i större skala så att vi kan säkerställa att processen blir tillräckligt effektiv. Biprodukterna är en del av ekvationen. Om det till exempel skulle gå att använda syrgasen från elektrolysen till någonting skulle det förbättra ekonomin, säger Martin Pei.

En fördel med direktreduktion av järnmalm jämfört med masugnar är att det är en betydligt tåligare process, vilket kan vara nyckeln till att få lönsamhet i det nya sättet att producera järn.

När en masugn startats fortsätter produktionen normalt utan avbrott i 15 år.

– En järnsvampsreaktor är betydligt mer flexibel. En tänkbar lösning skulle därför kunna vara att bygga flera mindre anläggningar och använda olika många beroende på tillgången på el, och därmed vätgas. Det är ett helt annorlunda tänk än vi är vana vid och vår nuvarande produktion är anpassad för, säger Martin Pei.

Rekommenderat

Förnybart

Världens blickar riktas mot Hybrit

Fossilfritt
Stål utan kol. Hybrit-initiativet med flera ledande aktörer inblandade är redo för nästa fas. Världen följer spänt med på den blågula resan mot en fossilfri och malmbaserad ståltillverkning.
Förnybart

Goda prognoser för morgondagens elsystem

Förnybart
Övergången till förnybar energi ställer nya krav på kraftsystemet. Med en ökad andel el från variabla energikällor som sol, vind och vatten, ökar behovet av att kunna förutsäga hur förutsättningarna för att ...

Senaste

Förnybart

Goda prognoser för morgondagens elsystem

Förnybart

Övergången till förnybar energi ställer nya krav på kraftsystemet. Med en ökad andel el från variabla energikällor som sol, vind och vatten, ökar behovet av att kunna förutsäga hur förutsättningarna för att …