Πριν από ενάμιση περίπου χρόνο η Mercedes-Benz AG ανακοίνωνε την απόκτηση μεριδίου του μετοχικού κεφαλαίου της σουηδικής νεοφυούς επιχείρησης H2 Green Steel (H2GS), η οποία ιδρύθηκε το 2020, με σκοπό την κατασκευή μιας μεγάλης κλίμακας μονάδας παραγωγής χάλυβα (κοινώς: ατσάλι) χωρίς ορυκτά καύσιμα (fossil free) στη Βόρεια Σουηδία.

Η H2GS έθεσε τον φιλόδοξο στόχο να παράγει 5 εκατομμύρια τόνους “fossil free” χάλυβα έως το 2030, ώστε να συμβάλλει, με τον τρόπο αυτό, στην απαλλαγή της ευρωπαϊκής χαλυβουργίας, η οποία αποτελεί μία από τις μεγαλύτερες πηγές CO2, από τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα. 

Mercedes, Ford, BMW και έπεται συνέχεια…

Περιγράφοντας το προφίλ της H2GS έχουμε ήδη αποκαλύψει τη σκοπιμότητα της κίνησης της Mercedes. Η φημισμένη γερμανική εταιρεία είναι προφανές ότι φιλοδοξεί να χρησιμοποιήσει στην παραγωγή των οχημάτων της χάλυβα απαλλαγμένο από εκπομπές CO2 βελτιώνοντας το συνολικό περιβαλλοντικό της προφίλ. Η συνεργασία της Mercedes-Benz με την HSGS εντάσσεται στο πλαίσιο της επιδίωξης της ουδετερότητας του CO2, την οποία επιδιώκει, στο πλαίσιο του προγράμματος Ambition 2039, η γερμανική εταιρεία, η οποία έχει ως στόχο έναν πλήρως διασυνδεδεμένο και ανθρακικά ουδέτερο στόλο οχημάτων το 2039 – έντεκα χρόνια νωρίτερα από ό,τι απαιτεί το περίφημο Green Deal της Ευρωπαϊκής Ένωσης (2050).

Η συνεργασία της Mercedes-Benz με την HSGS εντάσσεται στο πλαίσιο της επιδίωξης της εταιρείας για ανθρακικά ουδέτερο στόλο οχημάτων το 2039.

Και όπως συνήθως συμβαίνει σε αυτές τις περιπτώσεις, δεν είναι μόνον η Mercedes που στρέφεται προς το πράσινο ατσάλι, επιδιώκοντας τη μείωση των εκπομπών CO2 – μέσω της αποτροπής της δημιουργίας τους– και όχι στην αντιστάθμισή τους. Είναι και το BMW Group που στις αρχές του Φεβρουαρίου του 2022 ανακοίνωνε ότι διευρύνει τη βάση προμηθευτών του με ένα δεύτερο παραγωγό χάλυβα χαμηλού ανθρακικού αποτυπώματος (τη Salzgitter AG), καλύπτοντας, έτσι, μέχρι το 40% της ζήτησης χάλυβα στα ευρωπαϊκά εργοστάσιά του με ατσάλι χαμηλών ρύπων και προσβλέποντας ταυτόχρονα στην εξοικονόμηση σχεδόν 400.000 τόνων εκπομπών CO2 τον χρόνο. 

Είναι, επίσης, και η Ford, που στρέφεται προς το πράσινο ατσάλι, καθώς πριν από δύο μήνες περίπου ανακοίνωνε ότι υπέγραψε μνημόνια Συνεργασίας (MoUs) με τη Salzgitter Flachstahl GmbH, την Tata Steel Nederland B.V. και την ThyssenKrupp Steel Europe AG, προκειμένου να διασφαλίσει την προμήθεια χάλυβα με χαμηλό αποτύπωμα άνθρακα για τα μελλοντικά προϊόντα της. Γεγονός που θα βοηθήσει στην επίτευξη του στόχου της για ουδετερότητα άνθρακα μέχρι το 2035. Στο πλαίσιο αυτό, η Ford προγραμματίζει να χρησιμοποιήσει χάλυβα χαμηλών εκπομπών CO2 για την παραγωγή του εντελώς νέου, αμιγώς ηλεκτρικού crossover της από την άνοιξη του 2023.

Ο χάλυβας – και πώς γίνεται φιλικός στο περιβάλλον

Ο χάλυβας είναι ένα από τα σημαντικότερα βιομηχανικά υλικά και ταυτοχρόνως το υλικό που χρησιμοποιείται περισσότερο απ’ όλα στις κατασκευές, μετά το σκυρόδεμα (κοινώς μπετόν) και το ξύλο. Ενδεικτικό της σπουδαιότητάς του είναι το γεγονός ότι προπομπός της σημερινής Ευρωπαϊκής Ένωσης υπήρξε η Ευρωπαϊκή Κοινότητα Άνθρακα και Χάλυβα, που ιδρύθηκε το 1951.

Με τη σουηδική εταιρεία H2 Green Steel, η οποία κατασκευάζει το πρώτο “fossil free” (*χωρίς χρήση ορυκτών καυσίμων) εργοστάσιο παραγωγής χάλυβα στην επαρχία Norrbotten στη Βόρεια Σουηδία, κοντά στον Αρκτικό Κύκλο, συνεργάζεται και το BMW Group. Η περιοχή παρέχει πρόσβαση σε σιδηρομετάλλευμα υψηλής ποιότητας, άφθονη ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές, όπως υδροηλεκτρική και αιολική, αλλά και σε ένα σημαντικό λιμάνι. Στο project περιλαμβάνεται και η κατασκευή εργοστασίου παραγωγής πράσινου υδρογόνου. Το εργοστάσιο θα χρησιμοποιεί 100% ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και στόχος είναι να παράγει 5 εκατομμύρια τόνους χάλυβα έως το 2030.

Αποτελείται σε ποσοστό έως 2,14% κατά βάρος από σίδηρο (Fe) και άνθρακα (C). Ο συνδυασμός των δύο αυτών στοιχείων είναι που προσδίδει βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες στον σίδηρο, ο οποίος αποτελεί τη βασική πρώτη ύλη του. Ανάλογα με τη χρήση του χάλυβα και τις επιθυμητές ιδιότητες που προκύπτουν από την τελική του χρήση, μπορεί, επίσης, να περιέχει σε ποσοστό μικρότερο του 1,0% μαγγάνιο (Mn), καθώς, επίσης, και μικρές ποσότητες πυριτίου (Si), φωσφόρου (P) και θείου (S). Ενώ στην περίπτωση του ανοξείδωτου χάλυβα έχουμε την προσθήκη στο κράμα και του χρωμίου (Cr) σε ποσοστό 11%.

Ο χάλυβας (ατσάλι) που παράγεται –με τον κλασικό τρόπο– σε μια υψικάμινο είναι υπεύθυνος, κατά μέσο όρο, για την εκπομπή περισσότερων από δύο τόνων διοξειδίου του άνθρακα (CO2) ανά τόνο μετάλλου. Με την πλήρως «πράσινη» διαδικασία που χρησιμοποιεί η H2GS, αυτό αλλάζει, καθώς χρησιμοποιείται υδρογόνο και ηλεκτρική ενέργεια προερχόμενη από 100% ανανεώσιμες πηγές, αντί για οπτάνθρακα (μεταλλουργικό άνθρακα, κοινώς «κωκ»). Το υδρογόνο χρησιμεύει ως αέριο αναγωγής, το οποίο απελευθερώνει και δεσμεύει το οξυγόνο από το σιδηρομετάλλευμα. Έχουμε, λοιπόν, αρχικά την παραγωγή ενός ενδιάμεσου προϊόντος που είναι γνωστό ως «σπογγώδης σίδηρος», ο οποίος στη συνέχεια τροφοδοτείται σε έναν κλίβανο ηλεκτρικού τόξου όπου τήκεται για την παραγωγή του χάλυβα. Η άμεση αναγωγή του σιδηρομεταλλεύματος με βάση το υδρογόνο την οποία περιγράψαμε αποτελεί για την πλέον ελπιδοφόρα διαδικασία παραγωγής πράσινου χάλυβα. Σε αντίθεση με τη χρήση οπτάνθρακα, σε αυτήν τη διαδικασία δεν παράγεται CO2, αλλά νερό.

Είναι περίπου αυτό που η Salzgitter AG ονομάζει «εργοστάσιο άμεσης αναγωγής» όπου το υδρογόνο χρησιμοποιείται για να μειωθεί –απευθείας– η περιεκτικότητα σιδηρομεταλλεύματος σε σίδηρο, σε στερεά κατάσταση. Στη συνέχεια, ο στερεός σίδηρος στη μορφή που παράγεται με αυτόν τον τρόπο τήκεται μαζί με θραύσματα χάλυβα σε κλίβανο ηλεκτρικού τόξου με χρήση ηλεκτρισμού από ανανεώσιμες πηγές. Η εταιρεία σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει αυτήν τη μέθοδο για τη σταδιακή μείωση των εκπομπών CO2 από την παραγωγή χάλυβα σε μόλις 5% συγκριτικά με τα αρχικά μεγέθη.

Τι είναι ο κύκλος υλικών «κλειστού βρόχου»

Πριν από πέντε περίπου χρόνια η BMW δημιούργησε, στο εργοστάσιο της Λειψίας, ένα κύκλο υλικών κλειστού βρόχου για απόβλητα χάλυβα σε συνεργασία με τη Salzgitter. Μετά την παράδοση των χαλύβδινων ρολών (γνωστών και ως ατσάλινων πηνίων) στο εργοστάσιο, αφαιρούνται τα υπολείμματα από τα φύλλα μετάλλου που προκύπτουν στις πρέσες, μετά τη δημιουργία, λόγου χάριν, των πάνελ των θυρών, και χρησιμοποιούνται για την παραγωγή νέου χάλυβα, ο οποίος στη συνέχεια προωθείται στα εργοστάσια του γερμανικού γκρουπ. Με αυτόν τον τρόπο, οι πρώτες ύλες μπορούν να χρησιμοποιούνται πολλές φορές στο πλαίσιο ενός μοντέλου κυκλικής οικονομίας, ώστε να προστατεύονται οι φυσικοί πόροι.

Το BMW Group θα προμηθεύεται από τη Βόρεια Σουηδία χάλυβα που παράγεται με χρήση υδρογόνου και πράσινης ενέργειας για τα Ευρωπαϊκά εργοστάσιά του, από το 2025 και μετά, μειώνοντας τις εκπομπές CO2 μέχρι 95%.

Αντίστοιχα απόβλητα χάλυβα από άλλα ευρωπαϊκά εργοστάσια του BMW Group είτε επαναχρησιμοποιούνται μέσω ενός άμεσου κύκλου υλικών είτε επιστέφονται στον παραγωγό χάλυβα, προκειμένου να υποβληθούν σε επεξεργασία για τη δημιουργία νέου υλικού. Σημειώστε ότι περίπου το ένα τέταρτο του χάλυβα των οχημάτων του γκρουπ προέρχεται από διαδικασίες ανακύκλωσης κλειστού βρόχου και ο στόχος είναι να φτάσει το ποσοστό αυτό μέχρι το 50% έως το 2030. Το σημαντικό στην περίπτωση αυτήν είναι ότι καθώς απαιτείται λιγότερη ενέργεια για την παραγωγή, ο δευτερογενής χάλυβας μειώνει τις εκπομπές CO2 κατά μέσο όρο από 50 έως 80%, σε σύγκριση με πρωτογενές υλικό.

Οι προοπτικές

Η «απανθρακοποίηση» της παραγωγής χάλυβα, η οποία ευθύνεται για περίπου το 7% των παγκόσμιων εκπομπών CO2, είναι ένα σημαντικό βήμα προς ένα καθαρότερο περιβάλλον. Για τον σκοπό αυτό θα πρέπει να κάνουν τις δικές τους προσπάθειες και οι εταιρείες εξόρυξης, οι οποίες προμηθεύουν το σιδηρομετάλλευμα που απαιτείται για την παραγωγή χάλυβα. Κάποιες από αυτές παίρνουν ήδη μέτρα για την αντιμετώπιση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου που προκύπτουν από τις δικές τους δραστηριότητες.

Φωτό: Ο εξηλεκτρισμός της παραγωγής (αριστερά) αποτελεί βασική προϋπόθεση για να προχωρήσει η H2 Green Steel στην παραγωγή πράσινου χάλυβα (δεξιά) με βάση και το σιδηρομετάλλευμα, αλλά και το «σκραπ». Η εταιρεία θα βασιστεί στο δυναμικό των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας της Βόρειας Σουηδίας.

Η αυτοκινητοβιομηχανία τώρα –μέγας καταναλωτής χάλυβα–, ενώ επέλεξε τα ηλεκτρικά οχήματα ως μια αποτελεσματική λύση για τον περιορισμό των εκπομπών CO2 στον κλάδο των μεταφορών, οφείλει να έχει την προσοχή της στραμμένη στην «καθαρότητα» της εφοδιαστικής της αλυσίδας, αν θέλει να μειώσει το συνολικό περιβαλλοντικό της αποτύπωμα. Και στον τομέα αυτό φαίνεται ότι έχει αρκετά να προσφέρει το «πράσινο ατσάλι» (green steel). Είναι χαρακτηριστικό ότι ήδη από μεγάλη χαλυβουργία προωθείται ένα σύστημα σήμανσης/περιβαλλοντικής αξιολόγησης του χάλυβα, παρόμοιο με την κατηγοριοποίηση των ηλεκτρικών συσκευών, των ελαστικών των αυτοκινήτων κ.λπ.

Σημειώστε, τέλος, ότι το κόστος της μεγάλης ποσότητας ενέργειας που απαιτείται για την παραγωγή πράσινου χάλυβα μπορεί να μειωθεί με τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας που αναμένεται με την πάροδο του χρόνου να είναι όλο και περισσότερο διαθέσιμες, όλο και πιο συμφέρουσες. Υπολογίζεται ότι χρησιμοποιώντας πράσινο υδρογόνο από ηλεκτρόλυση με κόστος περίπου 450 δολάρια/kW, ένας τόνος πρωτογενούς χάλυβα μηδενικού άνθρακα θα κοστίζει περίπου 400 δολάρια, που είναι μια ανταγωνιστική τιμή σε σύγκριση με τον παραδοσιακό χάλυβα σήμερα, ο οποίος κοστίζει περίπου 555 δολάρια ανά τόνο.

ΜΙΑ ΧΑΛΥΒΟΥΡΓΙΚΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ

• 1. Με αναγωγή σιδηρομεταλλευμάτων σε υψικάμινο για την παραγωγή χυτοσιδήρου, που μετατρέπεται σε χάλυβα εντός μεταλλάκτη με εμφύσηση οξυγόνου.
• 2. Με την άμεση αναγωγή σιδηρομεταλλευμάτων (δηλαδή: αναγωγή σε στερεά κατάσταση) σε φρεατώδη κάμινο για την παραγωγή σπογγώδους σιδήρου (αγγλ., Direct Reduced Iron - DRI), και τη μετατροπή του σπογγώδους σιδήρου σε χάλυβα μέσα σε κάμινο (κλίβανο) ηλεκτρικού τόξου.
• 3. Με την ανάτηξη παλαιοσιδήρου («σκραπ») σε κάμινο (κλίβανο) ηλεκτρικού τόξου (Electric Arc Furnace - EAF).

Η παραγωγή του χάλυβα ξεκινά από τις υψικαμίνους όπου το σιδηρομετάλλευμα ή το παλαιοσίδηρο (κοινώς «σκραπ») λειώνει και μετατρέπεται σε χυτοσίδηρο (ρευστός σίδηρος). Για να μετατραπεί ο χυτοσίδηρος σε χάλυβα προωθείται σε ειδικές καμίνους στις οποίες πραγματοποιούνται διάφορες επεξεργασίες και με τη βοήθεια καταλλήλων προσμίξεων μετατρέπεται σε ρευστό χάλυβα ή κράμα χάλυβα με άλλα υλικά, τα οποία επιλέγονται με βάση τις επιθυμητές προδιαγραφές του. Στη συνέχεια, ο ρευστός χάλυβας οδηγείται στα χυτήρια, σε ειδικά καλούπια, για να στερεοποιηθεί. Μετά, σειρά έχουν τα ελασματουργεία, στα οποία τα δοκίμια του χάλυβα αποκτούν την τελική τους διαμόρφωση μέσω της (θερμής ή ψυχρής) έλασης, σε ειδικές εργαλειομηχανές (έλαστρα). Η αύξηση ή μείωση της σκληρότητας του χάλυβα επιτυγχάνεται μέσω διαφόρων θερμικών κατεργασιών (ανόπτηση, βαφή, επαναφορά, εναζώτωση κ.λπ.) που πραγματοποιούνται σε ειδικούς φούρνους, και ολοκληρώνονται με τη βοήθεια διαφόρων τεχνικών ψύξης. 

Το άρθρο δημοσιεύτηκε στο τεύχος 393 του περιοδικού Car and Driver