В настоящее время более 60% стали в США производится из вторсырья, но, во-первых, это ограниченный ресурс, а во-вторых, многие современные марки стали невозможно получить таким способом из-за примесей, содержащихся в ломе.
Следовательно, для удовлетворения растущего спроса требуется производство новой высококачественной стали из железной руды. Однако применяемый при этом традиционный процесс, основанный на использовании угля, является дорогостоящим, энергоёмким и неэкологичным.
Сталелитейная промышленность по количеству выбросов в атмосферу углекислого газа опережает авиационный сектор и судоходство вместе взятые.
Ряд компаний работают над снижением углеродного следа отрасли, однако объёмы поставок «зелёной» стали остаются незначительными. Замедление роста производства чистого водорода, необходимого некоторым производителям экологичной стали, и резкий поворот в политике США в области климата при администрации Трампа препятствуют широкому внедрению новых технологий.
Согласно апрельскому отчёту специализированной исследовательской организации BloombergNEF (BNEF), даже если все анонсированные сталелитейные заводы, использующие «зелёные» технологии, будут построены к концу десятилетия, на их долю придётся лишь 6% от общего объёма производства стали в мире.
Ряд компаний работают над снижением углеродного следа отрасли, однако объёмы поставок «зелёной» стали остаются незначительными.
Этот медленный переход отчасти обусловлен высокой стоимостью «зелёной» стали, считает Лорин Меруэ, основатель и генеральный директор Hertha Metals, стартапа из Конро (штат Техас), финансируемого миллиардерами Биллом Гейтсом и Винодом Хосла. Лорин, получившая докторскую степень в области машиностроения и материаловедения в Массачусетском технологическом институте и ранее руководившая стартапом по производству водорода, утверждает:
«В металлургической промышленности недостаточно создавать что-либо исключительно с учётом пользы для экологии». Именно поэтому столь громко в конце минувшего июля прозвучало заявление Hertha Metals об успешном испытании новой технологии, не только минимизирующей выбросы парниковых газов при производстве стали, но и не требующей увеличения затрат по сравнению с традиционными методами.
Техасская компания сообщила о том, что она теперь способна производить одну тонну «зелёной» стали в день на запущенном в конце прошлого года пилотном предприятии недалеко от Хьюстона. При этом в отличие от существующих сталелитейных заводов, которые для обеспечения рентабельности нуждаются в высококачественной железной руде, технология Hertha Metals позволяет использовать любой тип руды, включая оксидные отходы.
Лорин Меруэ, основатель и генеральный директор Hertha Metals.
Хотя объём производства в настоящее время незначителен, стартап называет достигнутый результат важной вехой в развитии технологии, которой всего несколько лет. В следующем году Hertha Metals начнёт строительство более крупного опытного предприятия в Техасе, рассчитанного на выпуск более 9000 т стали в год, и планирует выйти на промышленные масштабы производства к 2031 году. К этому моменту, по заявлению Hertha Metals, компания сможет производить экологичную сталь дешевле традиционной.
Лорин Меруэ отметила, что 30% создаваемых дополнительных мощностей в Техасе будет использовано для производства экологичной стали, тогда как оставшиеся — для выплавки высокочистого «зелёного» железа (чистота более 99,97%) для нужд американских производителей редкоземельных магнитов, которые находят применение в компьютерах, электромобилях, системах вооружения и медицинском оборудовании визуализации.
В то время как большинство производителей магнитов сосредоточены на таких редкоземельных элементах, как неодим и диспрозий, постоянные магниты NdFeB по массе на 70% состоят из высокочистого железа.
Свои потребности в нём США в настоящее время более чем на 90% покрывают за счёт импорта, главным образом, из Китая. Без собственного источника высокочистого железа Соединённые Штаты остаются уязвимыми для внешних рисков, связанных с цепочкой поставок. По словам Лорин, постоянный дефицит такого железа в США делает его ценным продуктом, что позволит опытному заводу Hertha Metals достичь самоокупаемости или даже стать прибыльным.
На следующем этапе компания планирует выйти на мощность 500 000 т высококачественной стали в год, что соответствует масштабам современных сталелитейных микрозаводов в США. Расширение Hertha Metals, которая сумела привлечь для финансирования этого процесса более 17 млн долларов США, происходит на фоне того, что многие другие компании сектора умерили свои амбиции. В 2024 году общемировой объём инвестиций в новые экологичные сталелитейные проекты сократился более чем вдвое, до 17 млрд долларов США, что является самым резким годовым падением за шесть лет.
Постоянные магниты NdFeB по массе на 70% состоят из высокочистого железа.
Различаются и подходы к производству «зелёной» стали. Чтобы сократить свой углеродный след, некоторые производители экологичной стали улавливают CO2 на традиционных сталелитейных заводах, как это сделала индийская Tata Steel.
Другие, например, шведский стартап H2 Green Steel, заменяют уголь, широко применяющийся в производстве стали, «зелёным» водородом, который является безуглеродным топливом. Существуют также стартапы, включая Electra из Колорадо, которые используют чистую электроэнергию для производства «зелёного» чугуна, а затем превращают его в «зелёную» сталь в электродуговых печах.
Но ни одна из этих компаний не отказалась от двухэтапного процесса производства стали, включающего восстановление железной руды перед превращением в сталь.
Напротив, Hertha Metals утверждает, что способна перерабатывать железную руду в сталь за один этап, снижая затраты. Технологический процесс, разработанный техасским стартапом, предполагает плавку железной руды при температуре около 1600 °C с помощью электричества при одновременной подаче в печь природного газа с разделением его на углерод и водород. При этом также используются запатентованные методы, позволяющие влиять на взаимодействие химических элементов в печи.
На производственной площадке Hertha Metals.
Лорин Меруэ не раскрывает деталей технологии Hertha Metals, ссылаясь на патентное право, но при этом выделяет следующие ключевые преимущества одностадийного процесса:
Возможность использования более дешёвого и доступного сырья. Печь Hertha Metals может перерабатывать железную руду любого сорта, включая руду низкой чистоты (<60%), мелочь железной руды и даже окалину (побочный продукт традиционного сталеплавильного производства). Это открывает доступ к обширным, ранее неиспользуемым внутренним запасам руды и отходам шахт в США, что значительно снижает производственные затраты.
Сокращение энергопотребления и выбросов. Печь Hertha Metals на 30% более энергоэффективна, чем традиционные методы производства стали на основе угля, и потребляет гораздо меньше энергии, чем другие электрохимические альтернативы. Работая на дешёвом и доступном в США природном газе, печь Hertha Metals также позволяет сократить выбросы углерода как минимум на 50%, а при использовании «зелёного» водорода без каких-либо изменений в оборудовании процесс практически полностью декарбонизируется. Но пока неясно, когда Hertha Metals сможет осуществить переход на этот вид топлива, поскольку «зелёный» водород остаётся непомерно дорогим.
Модульная масштабируемость. Система Hertha Metals интегрируется в существующие сталелитейные заводы без необходимости строительства совершенно новых объектов. Модульная конструкция позволяет заводам мощностью от 500 000 т в год работать рентабельно, достигая конкурентоспособных цен на сталь без кратного увеличения масштабов производства, что является необходимым условием для рентабельности традиционного сталеплавильного производства.
Та самая зеленая сталь от Hertha Metals.
«Упрощение производства стали — это амбициозная попытка, — говорит Аллен Том Абрахам, руководитель исследований в области устойчивых материалов в BloombergNEF. — Хотя промышленной технологии производства стали уже более века, существующие печи до сих пор нередко называют «чёрным ящиком» из-за сложности полного понимания химических реакций, происходящих внутри».
Также ещё предстоит выяснить, оправдает ли подход Hertha Metals связанные с ним ожидания при масштабировании. «Те новые технологии, которые дают хороший результат на опытных установках, не обязательно хорошо работают в промышленных масштабах», — отмечает Аллен Том Абрахам.
Так, по оценкам BNEF, даже в 2050 году технологии, позволяющие свести к нулю выбросы углерода в сталелитейном производстве, могут обходиться дороже, чем существующие процессы. Этот разрыв в стоимости остается серьёзным препятствием для модернизации отрасли.
Перевод Виктора Симионова
по материалам агентств Bloomberg (США) и Business Wire (США)
