Redan 2025 ska SSAB:s moderniserade stålverk i Oxelösund tas i drift och i ett slag minska koldioxidutsläppen med upp till 90 %. Hur går det till? Och hur bidrar SMA Mineral till omvandlingen? Vi bad Göran Grimfjärd, erfaren konsult inom ståltillverkning, förklara med hjälp av sin egen kunskap samt djupdykning i tillgängligt material på SSAB och Hybrits hemsidor.

Hur kan CO₂-utsläppen minskas i nuvarande integrerade verk?

LKAB har i sin process från malm till masugnspellets, redan minskat energi-
förbrukning och CO₂-utsläpp med 85 %, från 190 kg till 30 kg CO₂ per ton pellets (ref. 1).

CO₂-utsläppet i masugnar kan minskas ytterligare genom att ersätta fossilt kol med förnybart bio-kol, träavfall, eller med kolväten, t.ex. plast-avfall. På samma sätt kan bioolja ersätta fossil olja. Vid försök på masugnen i Raahe har man visat att injicerat bio-kol som ersatt fossilt kol kan minska CO₂-utsläppet med 200 000 ton/år.

CCS (Carbon Capture and Storage) är en annan teknik, där CO₂ fångas upp från masugnen och transporteras till lagring i berggrunden. CCS uppges kunna minska utsläppen av CO₂ från masugnen med ca 30 %, men denna hantering är kostsam.

I LKAB:s försöksmasugn i Luleå har man återfört masugnsgas till processen, kombinerat med CCS-teknik. Med detta kunde man minska CO₂-utsläppet ytterligare, till summa 50 % (ref. 1).

Vad skulle behövas för att klara 1,5-graders-målet?

Inräknat den ökning av världens stålproduktion, från 2015 års 1 600 miljoner till 2050 års antagna 2 500 miljoner ton/år, skulle tidigare nämnda CO₂-utsläpp 1,8 ton per ton stål behöva minskas till 200 kg per ton stål, d.v.s. med närmare 90 % (ref. 1), för att klara 1,5-gradersmålet enligt Parisavtalet. Man ser dock att de åtgärder som kan vara aktuella på den största utsläppskällan, masugnen, inte ger tillräckligt!

SSAB gjorde då två förstudier för att se om det är tekniskt och ekonomiskt möjligt att ersätta kolbaserad metallurgi med en vätgasbaserad, och få fram ett fossilfritt stål, som minskar CO₂-utsläppen med 90 %. Förstudierna utföll positivt! SSAB, LKAB och Vattenfall gick då samman i det s.k. HYBRIT-initiativet.

Man beslöt då att starta pilotförsök med direktreduktion, där järnoxiderna i malmen reduceras till järnsvamp (DRI) med vätgas (eller fossilfria alternativ), producerade med fossilfri el från Vattenfall. DRI kan varmbriketteras till s.k. Hot Briquetted Iron (HBI). Man gör också pilotförsök med nästa steg, där DRI/HBI och skrot (i olika blandningar) smälts till stål i en ljusbågsugn (EAF).

Dessa bolag skulle uppnå netto noll CO₂-utsläpp genom att ersätta fossila energibärare med biobränslen eller andra fossilfria energibärare. Tillsammans med energieffektivisering och ökad elektrifiering kommer de tre bolagen att ge ett väsentligt bidrag till att begränsa den globala uppvärmningen. LKAB uppnår också en ökad förädlingsgrad hos sina produkter
genom att leverera produkten järn-svamp (DRI/HBI).

Pilotförsöken har utfallit bra. HYBRIT har därmed gett klarsignal att ta nästa steg i driftskala – en direktreduktionsanläggning på LKAB och ett ljusbågsugns-stålverk på SSAB Oxelösund.

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

Den nya processkedjan (högra delen) innebär att:
• fossilfritt bränsle med noll CO₂-utsläpp
• används vid pelletisering

• koksverket avvecklas
• masugnsanläggningen avvecklas
• syrgasstålverket avvecklas
  • vätgas framställs storskaligt med elektrolys och lagras
  • reduktion med vätgas ger vattenånga — ingen växthusgas!
  • reduktionen med vätgas kräver extra energitillförsel (som skedde genom kolförbränning i masugnen)
  • ljusbågsugnen behöver kunna smälta blandningar av DRI/HBI och skrot, från 100 % skrot till 100 % DRI/HBI
  • DRI/HBI-anläggningen vid LKAB tas i drift samtidigt som ljusbågsugns-stålverket i
  Oxelösund (som hör till SSAB).

Energiförbrukning, CO₂-utsläpp och kostnad per ton stål
• Om vi räknar om energimåtten på resp. sida till kWh, får man att den vänstra processkedjan, inkl. koksverk och pelletisering, förbrukar totalt 5 825 kWh/ton stål.

• Den högra HYBRIT-sidan förbrukar 4 090 kWh/ton stål.
• HYBRIT förbrukar alltså 70 % av den kolbaserade processkedjans behov, trots energikrävande vätgaselektrolys. HYBRIT bedöms vara ca 20 % dyrare per ton stål (baserat på dagens priser för råvaror, energi och utsläppsrätter).

Fossilfritt stål har blivit ett ”veritabelt race”

• Nästan alla stålföretag visar stort intresse för detta.
• Det är ”mycket prat” och mycket statliga bidrag.
• SSAB och HYBRIT har hög ambitionsnivå, satsar resurser, verkar ”behålla ledningen”,
  men känner ”flåset i nacken”.

Stålindustrin svarar globalt för 7 % av alla CO₂-utsläpp. Ännu mer i Sverige, 10 %. Merparten av världsproduktionen sker i integrerade verk med en processkedja ”hela vägen” från malm via masugn (BF) och syrgasstålverk (BOF) till färdigt stål. Den typen av verk har allra störst CO₂-utsläpp, ca 1,8 ton CO₂ per ton stål. SSAB:s tre nordiska verk är av denna typ. Men 30 % av stålet tillverkas också i skrot-baserade verk, med processkedjan: skrot => ljusbågsugn (EAF). Det kolintensiva steget saknas här. Därför blir CO₂-utsläppet bara ca
10 % av utsläppet i ett integrerat verk.

Masugnsprocessen har funnits länge, men har genomgått en storartad utveckling och varit närmast ohotad som reduktionsprocess. Den blir alltmer ifrågasatt p.g.a. sin klimatpåverkan.

Koks, som framställs ur fossilt kol i ett koksverk, har två roller i masugnen: att tillföra energi genom förbränning och att reducera malmen. Stor mängd koloxider bildas vid för-bränningen och reduktionen i masugnen, och när det kolhaltiga råjärnet från masugnen sedan färskas till stål i syrgasstålverket.

Fakta om aktörerna

SMA Mineral levererar och producerar viktiga kalkråvaror till pappers-, kemi- och stålindustri. Både till masugnar och stålverk vid SSAB:s verksenheter i Oxelösund, Luleå och Raahe (Finland). SMA Mineral har egna anläggningar för utvinning och förädling av råvarorna, det senare även på SSAB:s produktionsorter.

SSAB är framgångsrik leverantör av specialstål och avancerat kunnande om deras applikationer för fordons-, transport- och anläggningsindustrin. SSAB producerar stål i Oxelösund, Luleå, Raahe (Finland) och i USA.

Foto: SSAB