03.03.2014

Экологические технологии в мировой металлургии

Борьба с глобальным потеплением занимает сегодня значимое место в энергетической и промышленной политике западных стран. Ее основным содержанием является сокращение эмиссии углекислого газа (СО₂). Металлургическим компаниям также приходится принимать участие в этой деятельности, хотя технологические возможности сталелитейного производства имеют предел.

Проекты и расчеты

Улавливание и захоронение углекислого газа (carbon capture and storage - CCS) - процесс, включающий отделение СО₂ от промышленных и энергетических источников, транспортировку к месту хранения и долгосрочную изоляцию от атмосферы - как ожидается, будет играть важную роль в проведении климатической политики. В ряде стран в данной области ведутся исследования и создаются экспериментальные установки.

Так, в одном из таких пилотных проектов принимает активное участие корпорация Emirates Steel из ОАЭ. Ключевая цель этого проекта, завершить который планируется в 2016 году, - производство металла с минимальной эмиссией СО₂ путем улавливания углекислого газа, образующегося во время выплавки стали, с целью использования для интенсификации добычи нефти.

Выбросы завода Emirates Steel, содержащие примерно 90% СО₂, будут транспортироваться на установку сжатия и осушки на участке хранения возле города Муссафа. Там углекислый газ будет сжиматься до создания СО₂ с чистотой 98%, после чего по сети трубопроводов протяженностью 50 км он будет передаваться для закачивания на прибрежное нефтяное месторождение, разработку которого ведет нефтедобывающая компания Abu Dhabi Company for Onshore Oil Operations (ADCO).

Сочетание хранения СО₂ с повышенным извлечением нефти может дать дополнительные выгоды в результате добычи нефти или газа. В ОАЭ на нефтяных месторождениях для интенсификации добычи нефти традиционно используются углеводородные газы. Однако в связи с ростом спроса на энергоносители, проект CCS, реализуемый Emirates Steel, даст возможность сохранить и использовать значительные объемы природного газа для выработки электроэнергии.

В последние 10 лет в Европе проводятся серьезные научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки, направленные на разработку технологий по производству стали с ультранизкими выбросами СО₂. Одна из таких программ - проект ULCOS (Ultra-Low СО₂ Steelmaking) - осуществляется с 2004 года 48 европейскими фирмами и некоммерческими организациями из 15 стран, включая Arcelor Mittal, Tata Steel и другие. Ее главной целью является сокращение выбросов СО₂ на металлургических производствах в Европе на 50% к 2030 году. Согласно прогнозам экспертов, объем углекислого газа, попадающего в атмосферу в результате функционирования металлургических заводов, к 2020 году может достигнуть 2,3 млрд. т в год.

В 2012 году началась вторая фаза реализации проекта ULCOS, а в текущем году должны быть построены пилотные и демонстрационные предприятия в интересах промышленного внедрения этой технологии и других подобных разработок в металлургическую отрасль Европы к 2020 году.

Самой перспективной технологией, разработанной в рамках проекта ULCOS, считается процесс HIsarna, позволяющий уменьшить выбросы углекислого газа более чем на 50%. Эта технология уже тестируется в пилотном режиме на специально построенном заводе Tata Steel мощностью 60 тыс. т в год в нидерландском городе Эймёйден. В ходе процесса HIsarna вырабатывается достаточно чистый (свободный от примесей) углекислый газ, который может быть использован для улавливания и хранения лишь с незначительной последующей очисткой.

В японской программе COURSE-50 принимают участие ведущие японские и европейские производители стали, в том числе Nippon Steel, JFE Steel, Arcelor Mittal, ThyssenKrupp и другие. Они намерены совместно разработать технологии, полностью устраняющие выброс углекислого газа в атмосферу в процессе производства металла. В рамках программы создан Научный союз, который координирует обмен информацией и разработками. В него вошли шесть японских металлургических компаний и девять европейских, участвующих в проекте ULCOS.

Крупнейшая южнокорейская металлургическая компания POSCO реализует собственный проект по адаптации улавливания и хранения двуокиси углерода к своей технологии выплавки металла Finex. Последняя исключает первые стадии сталеплавильного производства - агломерацию и коксование - и позволяет непосредственно использовать более дешевые рудную и угольную мелочь, существенно (на 20%) снижая тем самым производственные затраты. Корейцы также проводят испытания по улавливанию углекислого газа, который выделяют доменные печи.

Программа с участием China Steel Corporation и тайваньского Альянса по улавливанию и хранению двуокиси углерода (Taiwan CCS Alliance) объединяет 11 компаний и организаций. Проводимые Taiwan CCS Alliance в настоящее время исследовательские мероприятия сфокусированы, главным образом, на двух ключевых технологиях. Первая представляет собой процесс кислородно-топливного сжигания, которая предусматривает очистку СО₂ путем сжигания без содержания азота, а вторая - создание установки химической абсорбции с целью дальнейшего уменьшения потребления энергии на единицу улавливаемой двуокиси углерода. Дополнительный проект в рамках вышеуказанной программы предусматривает также карбонизацию шлака кислородного конвертора.

Австралийское Государственное объединение научных и прикладных исследований (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation - CSIRO) вместе с металлургическими компаниями BlueScope и OneSteel работает над реализацией двух крупных проектов по сокращению выбросов СО₂.

Первый заключается в частичной замене в процессе производства стали угля и кокса на парниковый газ и восстановленный древесный уголь, а второй - регенерация (восстановление) тепла из жидкого шлака через сухое гранулирование, которое улавливает выделяющееся в результате охлаждения шлака тепло, снижая, таким образом, выбросы углекислого газа. Эти проекты пользуются широкой поддержкой со стороны правительства Австралии.

Невыполнимые условия

По данным World Steel Association (WSA), вышеперечисленные научно-исследовательские и опытно-конструкторские проекты потенциально могут сократить выбросы СО₂ в металлургической промышленности на 50%. НИОКР в настоящее время сфокусированы на техническом обосновании этих технологий и возможности их использования на различных стадиях производства стали: проводятся как лабораторные работы, так и создание пилотных предприятий с последующим внедрением данных разработок в промышленное производство. По оценкам аналитиков WSA, для завершения вышеуказанных программ потребуется не менее нескольких десятков миллионов долларов.

Наряду с этими программами, как указывают специалисты института Global CCS Institute, существенного сокращения выбросов углекислого газа в металлургическом производстве можно добиться и за счет более широкого использования металлолома при выплавке стали. При этом можно избежать примерно 70-80% выбросов СО₂, а также необходимости использовать углерод для восстановления железной руды. Впрочем, успешное использование подобных технологий зависит от наличия самого лома и развитой логистики по его доставке на металлургические предприятия.

Но даже успешное промышленное внедрение всех вышеперечисленных технологий (о чем говорить в настоящее время еще очень рано) не позволит в полной мере добиться сокращения выбросов СО₂ в сталелитейном производстве до тех объемов, которые декларируют сегодня международные экологические организации и европейские законодательные органы. Так, к примеру, Европейская ассоциация производителей стали (ЕUROFER) раскритиковала планы Еврокомиссии по сокращению выбросов парниковых газов в металлургической промышленности континента до 2030 года на 43% и 60% относительно показателей 2005 и 1990 годов соответственно, считая эти цифры абсолютно нереальными и экономически и технически недостижимыми в ближайшей перспективе.

"Из-за отсутствия экономически эффективных технологий сокращения выбросов металлургический сектор не сможет добиться поставленной цели. Европейская комиссия должна была бы знать об этом, так как именно ее Объединенный исследовательский центр указал на это в своем недавнем исследовании, посвященном выбросам СО₂ в европейской сталелитейной промышленности", - высказал свое возмущение по поводу решений Еврокомиссии генеральный директор EUROFER Гордон Моффат.

Согласно недавнему исследованию, проведенному компанией Boston Consulting Group, существующие технологии производства стальной продукции близки к своей максимальной эффективности в плане ограничения эмиссии углекислого газа. Без революционных преобразований в этой области европейские металлурги до 2030 года смогут уменьшить эмиссию СО₂ в пересчете на тонну выплавленной стали только на 10% по сравнению с 1990 годом, а к 2050 году этот показатель достигнет лишь 15%.

В целом же, по оценкам экспертов, любые меры, направленные на сокращение эмиссии углекислого газа при производстве стали на десятки процентов, например, посредством его улавливания и захоронения, приведут к росту себестоимости на те же десятки процентов, а то и в разы. Чтобы их внедрить, европейским металлургам нужна будет, во-первых, массированная финансовая поддержка со стороны национальных правительств и Еврокомиссии, а, во-вторых, всеобъемлющая защита от конкурентов из-за пределов ЕС, перед которыми не будет стоять задача настолько радикально сокращать объемы выбросов парниковых газов. И то, и другое сейчас нереально.

"Еврокомиссия определила для Европы ряд новых односторонних амбициозных климатических целей на период до 2030 года, но их детализация отсутствует. Нельзя ожидать, что какие-либо отрасли пойдут на инвестиционные решения на такой основе. Нам нужно четкое понимание того, что хотя бы наиболее эффективные европейские компании не понесут дополнительные затраты от политики ЕС в области климата и энергетики. Без пересмотра баланса промышленной, климатической и энергетической политики ЕС наш сектор еще больше замедлится, а вместе с ним упадут производство и занятость в Европе", - говорит Гордон Моффат.

В поддержку EUROFER выступил Европейский Парламент, приняв 4 февраля текущего года подавляющим большинством (505 голосов против 95) специальную резолюцию касательно реализации "Плана действий по созданию конкурентоспособной и устойчивой металлургической промышленности в Европе". В этой резолюции отмечается, что Еврокомиссия должна выработать конкретный и целостный подход к вопросам изменения климата, защиты окружающей среды, энергетической политики и конкурентоспособности сталелитейного сектора Европы с учетом его специфики.

Кроме того, в документе подчеркивается, что "принятые Еврокомиссией решения в части сокращения выбросов СО₂ в металлургическом производстве являются недостижимыми даже с учетом использования самых современных технологий, применяемых в настоящее время в Европе". Комиссии предлагается разработать приемлемые нормативы в этой области в течение ближайших 12 месяцев.

Олег Зайцев

Источники:

1. rusmet.ru