A hidrogén alkalmazásának lehetőségei az acéliparban

A nagy külföldi acélipari cégek közül számos helyen elindult a karbonsemleges technológia bevezetésének előkészítése, idehaza – bár vannak biztató jelek, de - még várni kell, hogy erre a „pályára” ráforduljunk. 

Az OMBKE Vaskohászati Szakosztály dunaújvárosi szervezete a közelmúltban klubnapot tartott, ahol meghallgathattuk a Dunaferr energetikai szakértőjének, Felföldiné Kovács Ágnesnek „A hidrogén alkalmazásának lehetőségei az acéliparban, zöldátállás a hazai kohászatban” című előadását. A kitűnő prezentáció sok érdekes információval szolgált. 

Az acélipar szerepe a gazdaságban 

Amikor acéliparról beszélünk, tisztában kell lennünk a nagyságrendekkel is. Nem meglepő, hogy a gazdasági szakemberek az acélipar teljesítményét tekintik a fejlődés és a gazdasági növekedés egyik alapvető pillérének. 

A világ nyersacél termelése éves szinten már meghaladja az 1,87 milliárd tonnát, amelynek több, mint felét Kína adja. A globális piacból 8,5 százalékával, összesen mintegy 160 millió tonnával vesz részt az Európai Unió (EU) és, ha teljes kapacitással működne a Dunaferr, akkor ehhez a jelenlegi 1,8 – 2,0 millió tonnás technológiai háttér adott Magyarországon. A 3500 milliárd eurós globális éves forgalomhoz mintegy 6 millió alkalmazott járul hozzá, amelyből Európa 320 ezer fővel „részesedik.” Mindamellett világszerte 40 millió munkahely sorsa függ az acélipartól a globális ellátási lánc mentén. Az emberi tevékenységhez kapcsolható szén-dioxid kibocsátás jelenleg összesen 6-7 százalékáért felelős az acélipar globális szinten. 

Ugyanakkor szinte minden üvegházhatású gázkibocsátást csökkentő technológia az acélon alapszik. Ide tartozik a geotermikus és megújuló energia, a villamosítás, a tömegközlekedés, valamint a hidrogénalapú gazdaság is.

Karbonsemleges technológia a jövő

Éppen ezért nem mindegy, hogy a klímasemlegesség, a fenntarthatóság érdekében hogyan is állítják elő az acélt. Fontos megjegyeznünk, hogy az elmúlt 50 évben az egy tonna nyersacél előállításához szükséges energiafelhasználása és szén-dioxid kibocsátása napjainkra 60 százalékra csökkent, ezzel megközelítve a ma járatos acélgyártási technológiák a termodinamikai határértékeiket. Vagyis a szén-dioxid kibocsátás lényegileg tovább így nem csökkenthető. Így szinte elkerülhetetlen a „forradalmian új”, alacsony szén-dioxid kibocsátású technológiák fejlesztése és alkalmazása. 

Az egyébként eddig költséges új technológiák az energia és alapanyag beszerzési árak, a logisztikai költségek növekedése, az orosz – ukrán háború hatásainak embargós következményei – költség oldalról is - elérhetőbbé, versenyképesebbé tehetik és a klímasemleges technológiák felé fordíthatják az acélgyártást, amelyet a legnagyobb acélgyártók már kísérleti üzemszerűen alkalmaznak is. 

Alapvetően két fő irányt különböztetünk meg a szén – dioxid kibocsátás csökkentésének módszerei között. Az egyik a folyamat során keletkező szén-dioxid begyűjtése, majd tárolása, vagy valamilyen vegyipari termék előállításához nyersanyagként történő felhasználása, a másik a karbon kiváltása valamilyen egyéb redukáló ágenssel/módszerrel, például a hidrogénnel.

Az előadáson mindkettő terítékre került, de ezúttal ez utóbbira fókuszálnánk. 

Hidrogén alapú eljárások

A hidrogén alapú innovatív kohászati technológiák egyik metallurgiai módszere a szén-dioxid keletkezés megelőzésén alapul. Lényege, hogy az acélgyártás alapanyagául szolgáló „fémesített vasércet” karbon helyett hidrogénnel redukálják (a vas mellett található oxigént eltávolítják), így a szénmonoxid és szén-dioxid kibocsátás közel nullára csökkenthető. A módszer teljesen új infrastruktúrát igényel, a BF – BOF (nagyolvasztó és konverter) nyersacélgyártási technológia – fokozatos - kiváltása szükséges hozzá. A hidrogén redukáló ágensként történő felhasználására az ún. direkt redukciós eljárások során mutatkozik a legjobb esély. Ennek a folyamatnak a terméke az így előállított vasszivacs (DRI) vagy vasbrikett (HBI), amelyet elektrokemencében (EAF) történő acélgyártásra használhatnak fel, úgy, hogy ebben ennek és az acélhulladéknak az aránya változtatható.  A fentebb említett redukcióhoz tehát szén helyett hidrogént használnak, amelyet elektrolízissel állítanak elő, és amelyhez villamosenergiára van szükség, ez pedig a Paks2 termeléséből biztosítható lenne.

A zöld átállás

A szén felhasználása nélküli technológiai megoldásokat nevezzük zöld átállásnak. 

Nagy előnye ennek a technológiának (EAF), hogy a jelenlegi technológia (BF-BOF) mellé beilleszthető és együtt, egymás mellett is működhetnek. Így egy folyamatos átallás biztosítható a technológiák között az alapanyagok, a vasérc, a DRI vagy HBI és az acélhulladék, valamint a szükséges energiák rendelkezésre állása szerint.

Az elektrolízis során keletkező hidrogén vagy a DRI és HBI gyártására azonban nem szükségszerű egy acélgyártó cégnek berendezkednie, hanem külső partnertől ezek megvásárolhatók. A Magyar Kormány által létrehozandó un. hidrogénvölgyek is ezt a megoldást erősítik, hiszen nem csak az acélgyártás technológia váltásához van szükség a hidrogénre. 

Hidrogénstratégia - hidrogénvölgyek                                                                                                                                                                                              Az egy éve deklarált nemzeti hidrogénstratégia szerint Magyarország két hidrogénvölgy (Dunántúl és Észak – Kelet) kialakítását tervezi 2030-ig. A dunántúli hidrogén ökoszisztéma, hidrogén értéklánc kiépítéséhez a paksi atomerőmű jelentős mennyiségű karbonmentes villamos energiát szolgáltathat. Ide tartozik a regionálisan is kiemelkedő kapacitású ammónia és finomítói ipar (Pétfürdő, Százhalombatta), valamint a meglévő nagy hidrogén felhasználók mellett több potenciális új felhasználó iparág is jelen van: acélgyártás (Dunaújváros), cementgyártás (Beremend, Királyegyháza). Az észak-keleti hidrogénvölgy térsége érett iparral rendelkező régió (Miskolc, Tiszaújváros, Kazincbarcika, erős vegyipar és petrolkémia, jelentős meglévő hidrogén felhasználással), ami nagy hidrogénigényt támaszt egy koncentrált területen. A stratégia szerint vizsgálandó továbbá a Mátrai Erőmű és térségének bevonása is. 

Jelentős költségnövekedés

Az előadáson bemutatták azt, hogy a Dunaferr hidrogén alapú karbonsemleges jövőképe különböző megoldásokat tartalmaz, amelyek együtt és külön-külön is megvalósíthatók attól függően, hogy mennyi hidrogént igényelnek. Szakemberek szerint azonban a „zöld átállás” - nak, amely technológiaváltással jár a tőke és működési költségei jelentősek. Az így előállított acél tonnánkénti költségei 35-100 százalékkal magasabbak a hagyományos (nagyolvasztó-konverteres) technológiához képest. 

A technológia váltás versenyképességét azonban nagyban javíthatja a jelenlegi energiaár – robbanás. Mintegy alapvetésként fogalmazhatjuk meg azt, hogy a zöld villamos energia és a zöld hidrogén rendelkezésre állásához, versenyképességéhez „igazítható” az elektroacélgyártás – vasszivacs/vasbrikett betétanyagú bevezetése.

A beruházási költségek mindamellett megoszthatók a piaci szereplők, a hidrogén előállító, a villamosenergia termelő és az acélgyártó cégek között.