Stålindustrien faser ut kull og trenger enorme mengder hydrogen

Verdens produksjon av stål er doblet de siste 20 årene. Bransjeorganisasjonen Worldsteel.org oppgir at årsproduksjonen i 2020 var 1.878 millioner tonn stål.

Det betyr at 3.474.300.000 tonn CO₂ gikk rett ut i atmosfæren, om vi bruker McKinseys anslag om at hvert tonn stål gir 1,85 tonn CO_2^.

Stålverk har unntak fra EUs kvoteordning for utslipp. Det unntaket går mot slutten, og fases ut i 2026. Dagens pris for kvoter er 85 euro/tonn, hvordan den prisen utvikler seg er det ingen som vet, men det er ventet at den vil skyte i været.

Trenger millioner tonn hydrogen

Hydrogen er helt sentral for å erstatte de kullfyrte masovnene med utslippsfri produksjon. Da brukes sjaktovner og H₂ som det viktigste reduksjonsmiddelet. Det er løsningen som nå peker seg ut. I en nylig utgitt rapport fra IEA go det europeiske patentbyrået går det frem at 10 stålverk til sammen har fått 119 patenter knyttet til direkte reduksjon og hydrogen etter 2011. Tall fra det tyske nærings- og klimadepartementet sier at det trengs 63 kilo hydrogen for å lage et tonn stål. Det betyr at om hele verdens stålproduksjon skal bli grønn og praktisk talt utslippsfri vil det kreve mer enn 118 millioner tonn hydrogen, gitt at stålproduksjonen holder seg på dagens nivå. IEA oppgir at stålindustrien, globalt, brukte 5.2 millioner tonn hydrogen i 2021.

Svenske SSAB var tidlig ute, sammen med LKAB og Vattenfall startet FoU-prosjektet Hybrit i 2016. I juni 2021 leverte pilotanlegget det første CO₂-frie jernet. Selv hevder SSAB at de var først i verden. I januar i år har SSAB inngått en avtale med den svenske distributøren Stena Stål om å tilby fossiltfritt stål til det nordiske markedet fra 2026, leveransene skal først gå til Sverige.

Styret i tyske Thyssenkrupp besluttet i september i fjor å investere mer enn 20 milliarder kroner i et anlegg for direktereduksjon. Planen er at det skal stå klart til produksjon i 2026, med en kapasitet på 2,5 millioner tonn stål i året. Først skal deres minste masovn fases ut, så de større.

Planlegger å bygge ut

– I 2030 planlegger vi å kunne produsere 5 millioner tonn CO₂-fattig stål og realisere en innsparing på godt over 30 prosent av utslippene, sier teknologidirektør Arnd Köfler i en pressemelding.

Når hele stålproduksjonen til Thyssenkrupp er lagt om til direktereduksjon med hydrogen vil det selskapet alene ha behov for 700.000 tonn hydrogen i året, melder Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, Nærings- og klimadepartementet. Norge produserer i dag 225.000 tonn hydrogen fra naturgass. Den kalles grå hydrogen og står for store utslipp. Blått hydrogen er også produsert fra naturgass, men da er CO₂-fangst brukt. Grønt hydrogen er produsert fra strøm, og Norge har i dag planer om storstilt utbygging, men knapt produksjon. En fabrikk er under bygging på Hellesylt, Statkraft har store planer, blant annet på Mo i samarbeid med Celsa Armeringsstål.

Med dagens masovner varmes jernmalmen, Fe₂O₃ opp til over 1000°C, dette starter en reduksjonsprosess der oksygen fjernes fra jernmalmen. Oksygenet binder seg i stedet til karbonet, og prosessen skaper CO₂.

Med direktereduksjon brukes i stedet en sjaktovn. Der sendes jernmalmen inn fra toppen, som pellets. Inn fra bunnen sendes hydrogen som reduksjonsgass, ofte sammen med andre gasser. Resultatet blir jernsvamp, et porøst svamplignende nesten helt rent jern som så går til videreforedling i ytterligere trinn i stålverket. Det er flere varianter av sjaktovner og direktereduksjon i bruk, det er få detaljer om prosessene tilgjengelig.