Svensk selskab laver stål uden kokskul – første leverance er sendt til Volvo

Vi har brug for stål til bygninger, broer, køretøjer, redskaber, fabrikker og mere. Og det sætter sine spor i atmosfæren.

Jern- og stålindustrien tegner sig for 11 procent af den globale CO₂-udledning, ifølge CarbonBrief.

Én af grundene til den store udledning er, at kokskul bruges til at fjerne oxygen fra jernmalmen for at omdanne jernmalm til jern – og så er restproduktet CO₂. Men det er muligt at bruge brint til at gøre det samme – og så vil restproduktet være vanddamp.

I juni meldte den svenske virksomhed HYBRIT ud, at det var lykkedes dem at producere 100 tons jernsvamp ved at bruge brint i et pilotanlæg.

Jernsvamp er et porøst materiale, som bruges til at fremstille jernpulver, som så bruges til at producere stål.

Stålproducenten SSAB har nu sendt første leverance af fossilfrit stål til Volvo, som vil udforske fossilfrit stål af høj kvalitet til brug i bilindustrien.

Vil reducere CO2-udledningen

Bag HYBRIT står stålproducenten SSAB, mineselskabet LKAB og Vattenfall.

Vattenfall ejes 100 procent af den svenske stat og er en af Europas største producenter og forhandlere af el og varme.

Virksomhederne arbejder på at reducere brugen af fossile kilder i alle stålproduktionens led – fra malmen udvindes til det færdige produkt. Målet er at kunne levere fossilfrit stål inden 2026.

»For at drive omstillingen og blive verdens første fossilfrie velfærdsland er samarbejdet mellem erhvervslivet, den akademiske verden og den offentlige sektor afgørende,« siger Sveriges erhvervsminister Ibrahim Baylan i en pressemeddelse.

»Det arbejde, som SSAB, LKAB og Vattenfall udfører inden for Hybrit-projektets rammer, driver udviklingen af hele branchen og er et internationalt forbillede.«

Jernmalmpiller renset med brint

HYBRIT arbejder på at finde metoder for at kunne fremstille jernmalmpiller uden brug af fossile brændstoffer. Der foretages forsøg med biobrændsel samt andre alternativer.

Ved et pilotanlæg i Luleå bliver jernmalmpiller renset for oxygen ved hjælp af brint.

Resultatet er porøse kugler af rent metallisk jern, som kaldes jernsvamp. Brinten er produceret ved elektrolyse af vand med fossilfri strøm.

Jernsvampen smeltes så i en højovnsproces, som drives af elektricitet.

Stålindustrien udvikler hele tiden ny teknolgi

Ida Teresia Kero er seniorforsker ved afdelingen for Metalproduktion og Processering ved Sintef i Norge.

Hun siger, at svenskerne følger et spændende spor ved at tage ‘grøn’ brint i brug i stålproduktionen.

»Som forsker er det det mest spændende, der findes, når der kommer en helt ny teknologi, som føres ud i livet, og som fungerer,« siger hun til forskning.no, Videnskab.dk’s norske søstersite.

Hun siger, at metalindustrien verden over nu arbejder på at finde måder at reducere drivhusgasudledningen. Men det er ikke en helt enkel opgave, som Ida Teresia Kero og kolleger har skrevet om før hos Gemini.no.

»Forskningen og udvikling går over stok og sten, vil jeg sige,« konstaterer Kero.

Behovet for metaller vil desuden formentlig stige i de kommende år:

»Det er jo sådan, at vi får brug for voldsomme mængder metal til den grønne omstilling. Vi kan ikke fremstille vindmøller, solcellepaneler eller batterier uden materialer,« forklarer Kero.

»Når vi digitaliserer samfundet, har vi også brug for metaller. Der er på mange måder tale om en nøgleindustri, og alle i brancen ved, at vi er nødt til at reducere udledningen.«

Derfor bruger man kul

Jernet i jordskorpen findes sjældent i ren form. Det har næsten altid bundet sig sammen med iltatomer og dannet jernoxid.

»Sådan er det med størstedelen af metalproduktionen; man starter med malm. Der er mineraler, der ofte er oxidiske, der er normalt ret meget oxygen i mineralerne,« siger Ida Teresia Kero.

Oxygenet skal fjernes på en eller anden måde, fortæller hun. Derefter bruges et såkaldt reduktionsmiddel.

Oxygenet har det rigtig godt med metalatomerne. Man må derfor tilbyde et fristende alternativ, som Birgit Ryningen tidligere har skrevet om på forskning.no.

Derudover er der brug for energi for at bryde bindingerne mellem atomerne. Kulstof er et sådant fristende alternativ. Oxygen kan godt lide kulstoffet i molekylet CO₂.

Det er mest almindeligt at bruge en højovnsproces til at rense jernmalm og lave råjern.

Højovnen er kontinuerligt fyldt med jernoxid, koks (kul) og kalksten, ifølge Store Norske Leksikon.

I løbet af processen slipper oxygenet ud af jernatomerne, smelter sammen med kulstoffet og danner CO₂, mens jernet renses for oxygen.

Direkte reduktion er en velkendt metode

»Hvis vi skal reducere CO₂-udledningen helt, så skal vi fjerne kulstoffet. Så skal du have et andet reduktionsmiddel. Der er ingen vej udenom,« siger Ida Teresia Kero.

Oxygenet har det også godt med brint i vandmolekylet H2O. Hydrogen kan derfor bruges som reduktionsmiddel til jern.

»På den måde er vi ret heldige. Fordi jern og stål er langt den mest almindelige type metal, der produceres og bruges i verden i dag. Der er tale om enorme mængder. Svenskerne er de første, der har produceret stål på denne måde på pilotniveau,« vurderer Kero.

I stedet for at bruge en højovn har HYBRIT brugt en direkte reduktionsteknik, så jernet ikke smelter i reduktionsprocessen.

Direkte reduktion er en metode, der allerede er i brug. I Mellemøsten er der flere producenter, der foretager direkte reduktion ved hjælp af billig naturgas, ifølge konsulentfirmaet McKinsey & Company. Men det udleder CO₂.

Bagefter smeltes jernsvampen oftest i en lysbueovn, der kører på elektricitet.

Kan reducere Sveriges drivhusgasudledning med 10 procent

Det er ikke tilfældigt, at Sverige går forrest i fremstillingen af fossilfrit stål. De har god adgang til vedvarende energi.

»Intet af det her ville give mening, hvis der var kulkraft i bunden,« siger Ida Teresia Kero.

Der skal meget strøm til for at lave ‘grøn’ brint og til at drive udvindingen.

Fossilfri stålproduktion vil kræve 15 terawattimer (TWh) strøm om året, hvis SSAB skal producere på samme niveau som i dag, ifølge en pressemeddelelse fra stålselskabet.

Hvis mineselskabet LKAB skal lægges om, vil det kræve 55 TWh om året, inklusive energiforbruget i SSAB. Det vil tegne sig for omkring en tredjedel af Sveriges elproduktion, som var 165 TWh i 2019, ifølge E24.

Til gengæld kan initiativet potentielt reducere Sveriges drivhusgasudledning med 10 procent, ifølge Vattenfall.

©Forskning.no. Oversat af Stephanie Lammers-Clark. Læs den oprindelige artikel her.