Чёрная металлургия — одна из самых «грязных» отраслей на планете. На неё приходится около 7% мировых выбросов парниковых газов. При этом металлургия потребляет пятую часть энергии от общепромышленного уровня и удерживает лидерство по генерации парниковых газов. И нужно понимать, что возможности сделать традиционные печи «чище» практически исчерпаны. Хотя ситуация, безусловно, после модернизации производства сильно поменялась в лучшую сторону по сравнению с тем, как «дымили» и загрязняли почву и воду металлурги ещё 20 лет назад. Но до экостали ещё по-прежнему далеко. При этом переход на водородные технологии требует полной замены инфраструктуры.
Рудоугольные брикеты
Учёные НИТУ «МИСИС» предложили доступное решение: использовать в доменных печах особые брикеты, которые помогают минимизировать выбросы при выплавке металла. Ключ к решению проблемы заключается в изменении состава материалов, используемых в доменной печи. Новая технология предусматривает добавление специальных рудоугольных брикетов в шихту, что значительно уменьшает расход кокса и агломерата, а значит — и выбросы CO2 в атмосферу.
Совокупные выбросы СО2 в чёрной металлургии по сравнению с 1990 г. снизились в несколько раз
«С 2010-х годов мы последовательно внедряли технологию экструзионного окускования в России и за рубежом. В Липецке линия рассчитана на производство до 700 тысяч тонн брикетов в год. Производственные линии также запущены в Казахстане, Малайзии, ЮАР и других странах. В Индии, например, микродоменная печь работает исключительно на представленных брикетах. Результаты нашего недавнего исследования доказали надёжность подхода и значимое преимущество с точки зрения заботы об экологии», — цитирует пресс-служба НИТУ «МИСИС» к.т.н. ведущего эксперта проекта кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов Айтбера Бижанова.
После внедрения экструзионного окускования на промышленных предприятиях исследователи изучили данные и выяснили, что брикеты обладают уникальной структурой: частицы углерода и железной руды находятся в плотном контакте, благодаря чему они лучше вступают в реакцию. При этом брикеты не требуют обжига, как при производстве окатышей, что экономит энергоресурсы.
«Мы изучили, как состав и структура рудоугольных брикетов влияют на восстановление оксидов железа в доменной печи. Термодинамические расчёты, численное моделирование и данные промышленной практики показали: если заменить до 10% рудной части шихты такими брикетами, можно уменьшить расход кокса на 52 килограмма и агломерата на 101 килограмм на каждую тонну чугуна. Это не только снижает выбросы вредных газов в атмосферу, но позволяет сократить расходы на топливе и подготовке сырья», — сказал Айтбер Бижанов.
Российские исследователи продолжат работу над оптимизацией состава брикетов и расширением области их применения. Если предприятия примут эту инновацию, то в очередной раз принцип «всё гениальное — просто» восторжествует.
Российские учёные из НИТУ МИСИС предложили простой способ снизить выбросы CO2 при выплавке чугуна, добавляя специальные рудоугольные брикеты
Как сейчас металлурги снижают углеродный след?
• Использование возобновляемых источников энергии
Металлургические предприятия постепенно переходят от традиционных ископаемых видов топлива (уголь, природный газ) к использованию альтернативных энергетических ресурсов, таких как солнечная энергия, ветровая энергетика и биотопливо. Например, применение водородного топлива позволяет значительно сократить выбросы парниковых газов, заменяя угольное восстановление железорудного сырья на реакцию восстановления водорода. Это направление активно развивается, однако пока технология остаётся дорогостоящей и сложной в масштабировании.
• Повышение энергоэффективности производства\
Одним из наиболее распространённых в мире способов сокращения углеродного следа является повышение эффективности производственных процессов. Это включает оптимизацию технологий выплавки металлов, использование высокоэффективных печей, улучшение теплоизоляции оборудования и внедрение современных методов автоматизации. Всё это позволяет снизить потребление энергоносителей и уменьшить количество отходов. Например, российская компания НЛМК реализует программу повышения энергетической эффективности, включающую модернизацию доменных печей и внедрение новых технологий охлаждения. По данным самой компании, подобные мероприятия позволили существенно снизить удельные затраты электроэнергии и природного газа.
• Развитие замкнутых циклов производства
Использование вторичных материалов и переработка металлолома способствуют сокращению потребности в первичном сырье и уменьшению общего объёма выбросов. Применение замкнутого цикла также подразумевает снижение потребления воды и уменьшение количества твёрдых отходов, попадающих в окружающую среду.
Для достижения устойчивого развития крупные российские производители металла (например, «Северсталь») внедряют программы переработки отходов, повторного использования сточных вод и внедрения передовых экологических стандартов.
• Инвестиции в инновационные разработки
К таким решениям относятся:
- Электросталеплавильные печи, позволяющие экономить энергию благодаря возможности использования высокочистого электродугового процесса.
- Применение низкоуглеродистых восстановительных агентов (водорода), что снижает необходимость использования угля.
- Разработка инновационных конструкционных сталей, позволяющих уменьшать толщину конструкций и снижать вес конечных изделий.
- Инвестирование в исследования и разработку экологически чистых технологий становится важным фактором конкурентоспособности предприятий чёрной металлургии на глобальном рынке.
Егор Петров
