Как закаляется сталь?

Мария Гирич Мария Гирич Эксперт Центра Россия-ОЭСР опубликовано Экология · Устойчивое развитие
Как закаляется сталь?

Сегодня Парижское соглашение ставит своей целью ограничение роста глобальных температур. К 2050 году рост не должен превысить 1,5°C, а к 2070 году - 2°C.

Между тем, сегодня активно развивается сектор стали и железа, а также цемента и бетона, которые являются углеродоемкими отраслями.

В соответствии с публикацией ОЭСР «Низкие и нулевые выбросы в сталелитейной и цементной промышленности», спрос на сталь растет – в частности, в 1990 году спрос составлял 1,2 гигатонн, в 2015 году - 4,21 гигатонн (прирост около 5% в год). Мировой спрос на цемент также будет расти, в общей сложности от 7,5% до 25% к 2050 году. По разным оценкам к 2050 году спрос на цемент и сталь вырастет от 10 до 50%.

Сегодня существуют 2 основные технологии производства стали. С помощью первой технологии «BF-BOF» железную руду нагревают с высокоочищенным углем (коксом) в доменной печи с дальнейшим добавлением других элементов для придания жесткости и долговечности. Наиболее энергоэффективные BF-BOF выделяют около 1,8 тонны CO2 на тонну производимой стали, но в среднем по миру - до 2,3 тонны CO2 на тонну стали. Другим способом является метод прямого восстановления железа (DRI), по которому производится 10% стали. В рамках данного метода выделяется 0,7 тонны CO2 на тонну стали.

Производство железа и стали, цемента и бетона сегодня составляют соответственно 8% и 6% от общего объема выбросов CO2.

Учитывая длительный срок службы сталелитейных и цементных заводов (порядка 20-50 лет с реконструкцией и переоборудованием), многие из действующих сегодня предприятий могут все еще работать в 2050 году, поэтому необходимо переоборудовать такие заводы, чтобы они соответствовали нулевой чистоте.

Высокая конкуренция и высокая концентрация парниковых газов в этих отраслях и на рынках привели к действию системы торговли углеродом (например, система торговли выбросами Европейского Союза), а которую вошли такие отрасли тяжелой промышленности, как сталелитейная и цементная.

ОЭСР выделяет 2 основных способа сокращения выброса от производства и использования стали, бетона и других материалов, которые образуют выбросы ПГ:

1) Сокращение спроса.

Спрос на строительство зданий и инфраструктуры определяет спрос на бетон и сталь. Поэтому, одним из способов снижения спроса может стать повышение эффективности использования материалов, то есть использование меньшего количества материала для удовлетворения тех же транспортных, жилищных, строительных или промышленных потребностей конечного потребителя. Это делается с помощью проектирования, чтобы: свести к минимуму использование материалов с точки зрения интенсивности ПГ в жизненном цикле; продлить срок службы транспортного средства или конструкции, чтобы свести к минимуму циклы повторного строительства; продлить функциональный срок службы конструкции, сделав ее использование гибким для нескольких потенциальных конечных применений; развивать повторное использование компонентов. Также одним из способов снижения спроса на материалы является цикличность, то есть повторное использование, восстановление, ремонт и реконструкция с последующей переработкой и экологичным удалением, если материалы больше не используются повторно.

2) Декарбонизирующее производство (путем интенсивных исследований, разработок и коммерциализации новых технологий, приводящих к очень низким или нулевым выбросам).

Существует несколько новых технологий, которые являются близкими производными хорошо изученных технологий и могут привести к значительному сокращению выбросов в среднесрочной перспективе. Например, в рамках проекта LEILAC (Низкая интенсивность выбросов извести и цемента) газы химического процесса CO2 (которые составляют ~60% от всех выбросов при производстве цемента) собираются в кальцинаторе цементного завода. Это позволяет в дальнейшем напрямую использовать газы, например, в качестве топлива. Также, например, реализуется проект Hisarna, в рамках которого производится газ с более высокой концентрацией CO2. Технология может применяться на сталелитейных заводах для отлавливания, утилизации или хранения углерода.

В докладе МЭА «Будущее водорода» 2018 года предлагается сосредоточиться на планировании и создании инфраструктуры в промышленных портовых городах, где уже есть нефтеперерабатывающие заводы, которые производят водород для гидрогенизации и десульфурации сырой нефти. При этом выделяющийся СО2 может быть использован для отопления районов и др.

Для развития низкоуглеродных проектов требуется процесс планирования на секторальном, национальном и региональном уровнях, в рамках которого должны привлекаться все заинтересованные стороны. Целью процесса должна быть оценка: стратегических и технологических вариантов; региональных конкурентных преимуществ (например, основанных на доступе к ветровым, солнечным, ядерным, биомассным или геологическим хранилищам для энергии); технологической неопределенности или неопределенности спроса. Процесс нуждается в создании плана перехода, включающего инвестиции, создание инфраструктуры, рабочую силу и нормативные потребности. Процесс планирования секторального перехода должен включать участие и вклад ключевых заинтересованных сторон, в том числе со стороны спроса (например, архитектурных, строительных и инфраструктурных фирм и их союзов), со стороны предложения (например, сталелитейных и бетонных фирм и их союзов) и регулирующих органов.

Проект должен содержать меры:

− по оценке внутренних и внешних углеродных рисков и раскрытию информации;

− по проведению политики, направленной на снижение спроса, повышение эффективности использования материалов и увеличение объемов рециркуляции;

− по продвижению и коммерциализации НИОКР;

− по определению потенциальных географических кластеров для инвестиций в инфраструктуру;

− по выявлению и реализации возможностей модернизации;

− по формированию институтов поддержки.

Сегодня ряд стран развивают политики по снижению спроса на углеродоемкое производство, повышению эффективности использования материалов и увеличению переработки отходов. Например, в ЕС действует Директива по экологическому проектированию 2005/32/EC, которая является нормативной основой для повышения энергоэффективности всех энергопотребляющих продуктов. Существует также рабочий план экодизайна на завершающих стадиях рассмотрения, который включает аспекты циклической экономики, принимая во внимание полный жизненный цикл продуктов и использованных материалов, путем: предоставления потребителям информации о техническом обслуживании и сроке службы изделия; совершенствования конструкции для утилизации и ресурсоэффективности продукции; проектирования для поддержки легкой разборки и демонтажа; повышения долговечности изделия за счет минимального срока службы компонентов; маркировки компонентов для облегчения сортировки, повышения перерабатываемости и проектирования деталей для легкой разборки. Значение имеют программы расширенной ответственности производителей, например, в автомобильном секторе, где используются стальные и железные изделия.

Увеличение рециркуляции может стимулироваться сборами на захоронение отходов или авансовыми сборами за утилизацию, которые могут быть весовыми, фиксированными на единицу (например, транспортное средство) или «экомодулированными». Существенная поддержка НИОКР необходима для производства чистой стали и цемента с нулевым содержанием ПГ, включая финансирование НИОКР и ранних пилотных проектов.

Правительства могут отдавать приоритет закупкам стали и цемента с низким и нулевым содержанием ПГ с помощью «зеленых» закупок (например, в Калифорнии действует стандарт AB262 для государственной инфраструктуры). Также используются «контракты на разницу». В рамках контракта государство доплачивает за все издержки и затраты, возникающие в связи с производством более "зеленых" видов стали или цементов.