SSAB:n modernisoitu terästehdas Oxelösundissa otetaan käyttöön jo vuonna 2025, ja se vähentää samalla hiilidioksidipäästöjä jopa 90 %. Miten se tehdään? Ja miten SMA Mineral edistää muutosta? Pyysimme Göran Grimfjärdia, kokenutta teräsvalmistuksen konsulttia, selittämään asian oman asiantuntemuksensa ja SSAB:n ja Hybritin verkkosivuilla olevan materiaalin avulla.

Kuinka nykyisten integroitujen laitosten hiilidioksidipäästöjä voidaan vähentää?

Prosessissaan malmista masuunipelletiksi LKAB on jo vähentänyt energiankulutusta ja CO₂-päästöjä 85 % eli 190 kilosta 30 kiloon hiilidioksidia pellettitonnia kohden (viite 1).

Masuunien CO₂-päästöjä voidaan edelleen vähentää korvaamalla fossiilinen kivihiili uusiutuvalla biohiilellä, puujätteellä tai hiilivedyillä, kuten muovijätteillä. Samalla tavalla bioöljy voi korvata fossiilisen öljyn. Raahen masuunilla tehdyt kokeet ovat osoittaneet, että fossiilisen hiilen korvaava injektoitu biohiili voi vähentää CO₂-päästöjä 200 000 tonnia vuodessa.

CCS (Carbon Capture and Storage) on toinen tekniikka, jossa hiilidioksidi otetaan talteen masuunista ja kuljetetaan kallioperään varastoon. CCS:n kerrotaan pystyvän vähentämään masuunin CO₂-päästöjä noin 30 %, mutta tämä käsittely on kallista.

LKAB:n Luulajan testimasuunissa masuunikaasu on palautettu prosessiin yhdistettynä, ja lisäksi käytetään CCS-tekniikkaa. Tämä mahdollisti CO₂-päästöjen vähentämisen edelleen, yhteensä 50 % (viite 1).

Mitä tarvittaisiin 1,5 asteen tavoitteen saavuttamiseksi?

Kun otetaan huomioon maailman terästuotannon vuosittainen kasvu, jonka arvioidaan nousevan vuoden 2015 tasosta 1600 miljoonaa tonnia tasolle 2500 miljoonaa tonnia vuonna 2050, olisi aiemmin mainittujen CO₂-päästöjen – 1,8 tonnia terästonnia kohden – vähennyttävä 200 kiloon terästonnia kohden, eli lähes 90 % (viite 1), Pariisin ilmastosopimuksen 1,5 asteen tavoitteen täyttymiseksi. Voidaan kuitenkin nähdä, että toimenpiteet, jotka voivat olla merkityksellisiä suurimmalle päästölähteelle, masuunille, eivät riitä!

SSAB suoritti kaksi esitutkimusta selvittääkseen, onko teknisesti ja taloudellisesti mahdollista korvata hiilipohjainen metallurgia vetypohjaisella ja tuottaa fossiilivapaata terästä, joka vähentää CO₂-päästöjä 90 %. Esitutkimukset olivat positiivisia! SSAB, LKAB ja Vattenfall aloittivat sitten yhteisen HYBRIT-hankkeen.

Silloin päätettiin aloittaa pilottikokeet suoralla pelkistyksellä, jossa malmissa olevat rautaoksidit pelkistetään rautasieneksi (DRI) vedyllä (tai fossiilivapailla vaihtoehdoilla), joka on tuotettu Vattenfallin fossiilivapaalla sähköllä. DRI voidaan kuumabriketoida niin kutsutuksi Hot Briquetted Ironiksi (HBI). Pilottikoe on käynnissä myös seuraavasta vaiheesta, jossa DRI/HBI ja romu (eri seoksia) sulatetaan teräkseksi valokaariuunissa (EAF).

Nämä yhtiöt saavuttaisivat CO₂-nollapäästöt korvaamalla fossiiliset polttoaineet biopolttoaineilla tai muilla fossiilivapailla energiankantajilla. Yhdessä energiatehokkuuden ja sähköistyksen lisäämisen kanssa näiden kolmen yhtiön vaikutus ilmaston lämpenemisen hillitsemiseen on merkittävä. LKAB:llä myös tuotteiden jalostusaste nousee
rautasienen (DRI/HBI) toimittamisen myötä.

Pilottikokeet ovat onnistuneet. HYBRIT on siten näyttänyt vihreää valoa seuraavalle askeleelle toiminta-asteikolla – eli LKAB:n suorapelkistyslaitokselle ja SSAB:n valokaariuuniterästehtaalle Oxelösundissa.

Viite 1) Toward a Fossil Free Future with HYBRIT:
Development of Iron and Steelmaking Technology
in Sweden and Finland. Metals 2020 (10) 972.

Uusi prosessiketju (oikea puoli) tarkoittaa, että:
• fossiiliton polttoaine ilman CO₂-päästöjä
• käytetään pelletoinnissa

• koksaamo suljetaan
• masuunilaitos suljetaan
• happiterästehdas suljetaan
  • vetyä tuotetaan suuressa mittakaavassa elektrolyysillä ja varastoidaan
  • pelkistys vedyllä tuottaa vesihöyryä – ei kasvihuonekaasuja!
  • pelkistys vedyllä vaatii ylimääräistä energiansyöttöä (joka tehtiin polttamalla hiiltä masuunissa)
  • valokaariuunin on kyettävä sulattamaan DRI/HBI:n ja romun seokset 100 % romusta 100 % DRI/HBI:iin
  • LKAB:n DRI/HBI-tehdas otetaan käyttöön samaan aikaan kuin valokaariuuniterästehdas
  Oxelösundissä (joka kuuluu SSAB:lle).

Energiankulutus, CO₂-päästöt ja hinta terästonnia kohden
• Jos laskemme energiamittaukset uudelleen kummallakin puolella kWh:ina, vasen prosessiketju, sis. koksilaitos ja pelletointi, kuluttaa yhteensä 5 825 kWh/terästonni.

• Oikea HYBRIT-puoli kuluttaa 4090 kWh/terästonni.
• HYBRIT kuluttaa siis 70 % hiilipohjaisen prosessiketjun tarpeesta energiaintensiivisestä vetyelektrolyysistä huolimatta. HYBRITin arvioidaan olevan noin 20 % kalliimpi terästonnia kohden (perustuen tämänhetkisiin raaka-aineiden, energian ja päästöoikeuksien hintoihin).

Fossiilittomasta teräksestä on tullut “veritabelt race”

• Lähes kaikki teräsyhtiöt ovat kiinnostuneita tästä.
  • On “paljon puhetta” ja paljon valtion avustuksia.
• SSAB ja HYBRIT ovat kunnianhimoisia, investoivat resursseja, näyttävät “säilyttävän johdon”,
  mutta kuulevat “huohotuksen niskassa”.

Terästeollisuuden osuus kaikista CO₂-päästöistä on maailmanlaajuisesti 7 %. Ruotsissa vielä enemmän, 10 %. Suurin osa maailman tuotannosta tapahtuu integroiduissa tehtaissa, joissa on “kaikenkattava” prosessiketju malmista masuunin (BF) ja happiterästehtaan (BOF) kautta valmiiseen teräkseen. Tämäntyyppisten laitosten hiilidioksidipäästöt ovat suurimmat, noin 1,8 tonnia hiilidioksidia terästonnia kohden. SSAB:n kolme pohjoismaista tehdasta ovat juuri tämän tyyppisiä.

Mutta 30 % teräksestä tuotetaan myös romupohjaisissa tehtaissa, prosessiketjulla romu => valokaariuuni (EAF). Siinä ei ole hiili-intensiivistä vaihetta. Siksi integroitujen laitosten CO₂-päästöt ovat vain noin 10 % päästöistä.

Masuuniprosessi on ollut olemassa jo pitkään, mutta se on kehittynyt upeasti ja saanut edetä pelkistysprosessina lähes ilman uhkia. Sitä kyseenalaistetaan yhä enemmän ilmastovaikutusten vuoksi.

Koksauslaitoksessa fossiilisesta hiilestä valmistetulla koksilla on kaksi tehtävää masuunissa: tuottaa energiaa palamalla sekä pelkistää malmia. Masuunissa palamisen ja pelkistyksen aikana muodostuu suuria määriä hiilioksidia, samoin kuin silloin, kun masuunista tuleva hiilipitoinen raakarauta puhdistetaan teräkseksi happiterästehtaalla.

Faktaa toimijoista

SMA Mineral toimittaa ja valmistaa tärkeitä kalkin raaka-aineita paperi-, kemian- ja terästeollisuudelle. Sekä masuuneihin että terästehtaisiin, SSAB:n Oxelösundin, Luulajan ja Raahen tuotantoyksiköillä. SMA Mineralilla on omat laitokset raaka-aineiden louhintaan ja käsittelyyn, viimeksi mainittu myös SSAB:n tuotantopaikkakunnilla.

SSAB on menestyksekäs erikoisterästen ja niiden sovellusosaamisen toimittaja auto-, kuljetus- ja rakennusteollisuudelle. SSAB valmistaa terästä Oxelösundissa, Luulajassa, Raahessa (Suomi) ja Yhdysvalloissa.

Valokuva: SSAB