HYBRIT: Seks års forskning baner vei for fossilfri jern- og stålproduksjon i industriell skala
Rapporten viser at direkte redusert jern produsert med HYBRIT-prosessen har overlegne egenskaper sammenlignet med jern produsert med fossilt brensel.
HYBRIT har søkt om og mottatt flere patenter basert på de vellykkede resultatene, og prosjektet fortsetter nå i neste fase hvor prosessen skal implementeres i industriell skala.
- Endrer stålinsdustrien fundamentalt
- Jeg er utrolig stolt over alt HYBRIT har oppnådd siden lanseringen i 2016. Takket være de vellykkede resultatene av pilotprosjektet er vi på god vei til å endre jern- og stålindustrien fundamentalt. I SSAB investerer vi nå tungt for å konvertere hele det nordiske produksjonssystemet til fossilfri stålproduksjon og har allerede begynt å levere fossilfritt stål til kunder i mindre skala, sier Martin Pei, Chief Technology Officer i SSAB og styreleder i SSAB. styret i Hybrit Development AB.
HYBRIT-initiativet er et samarbeid mellom stålselskapet SSAB, gruveselskapet LKAB og energiselskapet Vattenfall som ble lansert for å endre jern- og stålindustrien fundamentalt. Initiativet har som mål å så å si eliminere karbondioksidutslipp i stålindustrien ved å erstatte kull og koks i produksjonen av jern med fossilfritt hydrogen og elektrisitet. Overgangen fra kull- og masovnsbasert stålproduksjon til HYBRIT-teknologi og smelting av jern i lysbueovner forventes å redusere Sveriges totale karbondioksidutslipp med mer enn 10 prosent og Finlands med 7 prosent.
5000 tonn hydrogenredusert jern
Prosjektet er det første i verden som demonstrerer at den fossilfrie verdikjeden – fra jernmalm til stål – fungerer i semi-industriell skala. Så langt er det produsert over 5000 tonn hydrogenredusert jern ved HYBRITs pilotanlegg i Luleå. Kunder som Volvo Group, Epiroc, Peab og mange flere bruker allerede det fossilfrie stålet i kjøretøy, tunge maskiner, bygninger og forbrukerprodukter, og interessen for teknologien er stor.
Forskningsresultatene som nå presenteres i en sluttrapport til det svenske energiverket spenner fra 2018 til 2024, med fokus på å skalere opp tekniske løsninger fra laboratorie- til industriell skala, utvikle en industriell prosesspraksis og oppnå en integrert verdikjede for hydrogenbasert jern- og stålproduksjon.
Noen av resultatene
Eksempler på resultater fra pilotfasen er: utvikling av en ny hydrogenbasert teknologi for effektiv fossilfri jern- og stålproduksjon med 0,0 tonn CO2-utslipp per tonn stål, utvikling av et nytt fossilfritt jernprodukt (svamp). jern) som har betydelig bedre egenskaper enn jern redusert med fossile gasser som naturgass, vellykket langsiktig drift av alkaliske elektrolysører for produksjon og lagring av hydrogen, og utvikling av en effektiv prosesspraksis for smelting av fossilfritt jernsvamp til råstål i en lysbueovn.
– Fokus i HYBRITs tekniske utvikling har vært å bygge opp kompetanse og skape tekniske forutsetninger for gjennomføring av en fossilfri prosess i en fullskala produksjon. Vi er veldig glade for at vi som team har klart å levere vellykkede resultater som har oppfylt eller overgått de fastsatte prosjektmålene. Kunnskapen og erfaringen vi har utviklet i løpet av prosjektet vil nå fokuseres på å fortsette prosessutviklingen, først og fremst for å støtte eiernes industrialiseringsprosjekter, sier Ulf Spolander, daglig leder i Hybrit Development AB.
HYBRIT-prosjektet går inn i neste fase
Resultatene fra pilotfasen baner vei for implementering av HYBRIT-prosessen i industriell skala. Hybrit Development AB vil fortsette å drive forskning og utvikling for å støtte industrialiseringen av teknologien sammen med eierselskapene, inkludert å levere løsninger til LKABs planlagte demonstrasjonsanlegg i Gällivare. Pilotprosjektet for lagring av fossilfritt hydrogen i Svartöberget i Luleå vil fortsette frem til 2026.
– Det har vært en banebrytende reise på kort tid. Resultatene fra pilotfasen viser at prosessen fungerer og at vi er klare for neste trinn, hvor demonstrasjonsanlegget som LKAB planlegger å bygge i Gällivare vil være første steg mot industriell produksjon av jernsvamp. Vår høykvalitets jernmalm kombinert med god tilgang på fossilfri energi gir unike forutsetninger for å etablere en konkurransedyktig verdikjede for fremtidig fossilfri jern- og stålproduksjon, sier Jenny Greberg, Vice President Technology i LKAB og styremedlem i Hybrit Development AB.
-Det er veldig gledelig å se de positive resultatene av vårt målrettede samarbeid, partnerskap er en oppskrift på suksess. Neste steg er å skalere opp til en industriell skala der fossilfri elektrisitet og hydrogen muliggjør overgangen til en fremtid hvor det er mulig for alle å transportere, produsere og leve fossilfritt, sier Andreas Regnell, leder for strategisk utvikling ved Vattenfall og styremedlem i Hybrit Development AB.
EU-støtte
HYBRIT-prosjektet er tildelt midler fra EUs innovasjonsfond og av Industriklivet. Det er også en del av det europeiske IPCEI-prosjektet Hy2Use (Hydrogen), som involverer totalt 35 prosjekter fra 12 land for å støtte rask omstilling og øke konkurranseevnen til den europeiske industrisektoren.
-Veien mot netto-nullutslipp i industrien krever investeringer i innovative og teknologiskiftende løsninger. Det er her Det industrielle spranget spiller en viktig rolle. Ambisjonen er at kunnskapen fra de ulike initiativene skal spre seg og akselerere industriens omstilling, sier Klara Helstad, leder for enheten for bærekraftig industri ved Energimyndigheten i Sverige.
HYBRIT - utdrag av forskningsresultater 2018 - 2024
• Utvikling av ny hydrogenbasert teknologi som muliggjør effektiv fossilfri jern- og stålproduksjon med 0,0* tonn CO2-utslipp per tonn stål (scope 1 og 2).
• Utvikling av et nytt jernprodukt, svampejern, som har betydelig bedre egenskaper enn jern redusert med fossile gasser som naturgass. HYBRITs jernprodukt er karbonfritt og har høy metalliseringsgrad (98-99%); den er mer motstandsdyktig mot mekanisk trykk, fall og slitasje enn sammenlignbare industrielle referanser og har stabile kjemiske egenskaper. Alt i alt betyr dette fordeler innen transport, lagring og smelting.
• CO2-utslippsvurderinger for hydrogenreduksjon sammenlignet med fossilgassreduksjon. HYBRITs prosess omdanner jernmalmpellets til jern (jernsvamp) ved bruk av kun fossilfritt hydrogen, med vann som eneste biprodukt. Dette skiller seg fra konvensjonelle direkte reduksjonsteknologier som er avhengige av naturgass, som slipper ut karbondioksid. Direkte reduksjon med hydrogen og smelting i en lysbueovn gir 42 kg biogen CO2 per tonn direkte redusert jern, sammenlignet med 383 kg fossil CO2 per tonn i en konvensjonell naturgassprosess der oppvarming av reduksjonsgassen er unntatt fra sammenligning.
• Utvikling av en ny fossilfri og konkurransedyktig industriprosess hvor 175 prosessmodi er testet for å identifisere den gunstigste måten å produsere jern med hydrogen på.
• Vellykket langsiktig drift av alkaliske elektrolysører for hydrogenproduksjon og -lagring. Elektrolysørene brukes til å splitte vann til hydrogen og oksygen ved hjelp av fossilfri elektrisitet. Hydrogenet brukes deretter til å fjerne oksygenet fra jernmalmpelletene. Tester med bruk av lagret hydrogen i sanntid mot strømmarkedet viser at den variable kostnaden ved hydrogenproduksjon kan reduseres med opptil 40 prosent.
• Utvikling av en effektiv prosesspraksis for smelting av fossilfritt jernsvamp til råstål i en lysbueovn, utført i samarbeid med Swerim forskningsinstitutt. Stålet produseres ved å smelte det fossilfrie svampejernet med fossilfri elektrisitet sammen med minimale tilsetninger av biokarbon, oksygen og slaggdannere. Forsøksresultatene viser at den fossilfrie smeltepraksisen som er utviklet gir et stål av samme høye kvalitet som dagens fossile malmbaserte stål.
*Prosessen gir små utslipp av karbondioksid på grunn av forbruk av grafittelektroder og tilsetning av slaggdannere i lysbueovnen. Disse utslippene er mindre enn 0,05 tonn CO2e/tonn stål, avrundet til 0,0 tonn CO2e/tonn stål. Typisk verdi for malmbasert stålproduksjon med masovnsteknologi er 2,2 tonn CO2e/tonn stål.
KLIKK for alle artikler i Innovasjon og forskning.