В XIX-XX веках, в период массовой индустриализации, ключевым фактором, влияющим на изменение производственных процессов, была разработка новых технологий. Изобретения в области металлургии и энергетики коренным образом изменили вид промышленных предприятий, цепочки поставок ресурсов, методы изготовления и использования металлопродукции. В современной промышленности инновации и развитие продолжают играть одну из ключевых ролей. При этом к традиционным драйверам роста в виде повышения производительности и качества выпускаемой продукции добавились два показателя, которые способны вновь в корне изменить устоявшиеся производственные схемы.
Это – экологичность и ресурсосбережение. Поскольку эти показатели напрямую влияют на дальнейшее существование человечества, к теме развития ресурсосберегающих технологий, снижения «углеродного следа» и других антропогенных воздействий на окружающую среду серьезно относятся во всем мире и во всех отраслях промышленности. Разумеется, степень озабоченности такими проблемами напрямую зависит от уровня развития общества и социально-экономической и геополитической ситуации. Где-то уже в ближайшие годы введут серьезные ограничения на использование бензиновых и дизельных двигателей (например, в Швеции с 31 декабря 2024 года планируется ввести полный запрет на въезд автомобилей с двигателями внутреннего сгорания в центральную часть Стокгольма). Ну а где-то и сортировка мусора уже является немалым шагом в сторону светлого будущего.
В Украине, на фоне войны, разрушения заводов, гражданских объектов и гидротехнических сооружений, загрязненности огромных территорий остатками военной техники, минами и другими взрывоопасными объектами, химикатами и пр., решение вышеуказанных вопросов конечно же ушло на второй-третий план. Но это не значит, что их не придется решать в ближайшем будущем, особенно с учетом: а) проевропейского вектора развития страны; б) планируемого введения существенных ограничений на использование «неэкологичной» продукции на рынках сбыта, являющихся для нас ключевыми.
Уже сейчас крупнейшие мировые металлургические группы корректируют свои стратегии с учетом экологических трендов, многие из них уже начали реализацию пилотных проектов по освоению производства «зеленой стали». Новые методы изготовления требуют радикального изменения существующих или строительства новых агрегатов, использования других, более качественных и дорогих сырьевых ресурсов. Поэтому массовое внедрение таких технологий, с одной стороны, потребует огромных капитальных инвестиций, с другой – приведет к увеличению себестоимости выпускаемой продукции (по крайней мере на начальном этапе). Сможет ли при таких условиях сталь сохранить свои позиции и выиграть конкурентную борьбу с альтернативными материалами? Абсолютно точный ответ на этот вопрос сейчас не даст никто. Но на стороне металлургов – многовековой опыт развития и возможность стопроцентной повторной переработки стальных изделий после их выхода из эксплуатации. А это, согласитесь, немало!
Итак, давайте посмотрим, какие основные направления развития вырисовываются на текущий момент. Отдельно уделим внимание «горячим процессам» черной металлургии (выплавка чугуна и стали, производство горячекатаного проката), поскольку они делают существенный вклад в выбросы СО2 в атмосферу.
Обзор экологических трендов в строительной отрасли
Сразу отмечу, что вовсе не черная металлургия является флагманом в выбросах парниковых газов – она занимает почетное второе место после цементной промышленности. А если посмотреть более широко и учесть, что больше половины выпускаемой стальной продукции и весь цемент идут в строительную индустрию, получается, что именно она и является главным «виновником» усиления парникового эффекта на планете. И действительно, по данным международного агентства по энергетике (IEA), строительство и связанная с ним промышленность являются крупнейшим источником CO2. На них приходится около 40% всех глобальных выбросов парниковых газов, а также около 40% мирового потребления энергии.
Источник: Материалы совещания IEA, Париж, 2022 г.
Соответственно, любые инициативы, реализованные в части эффективности строительных операций, автоматически ведут к декарбонизации и снижению объемов используемых энергоресурсов. Среди основных путей подобного развития наиболее значимыми выглядят следующие:
- Снижение доли железобетонного строительства в пользу стальных и стале-железобетонных решений (уменьшение потребления цемента и бетона);
- Снижение металлоемкости сооружений, в том числе за счет рационального проектирования и использования высокопрочных видов стального проката (уменьшение потребления стали);
- Разработка новых типов металлоконструкций, новых методов соединения и возведения, повышение энергоэффективности зданий (снижение потребления энергоресурсов при строительстве и обслуживании) и так далее.
По данным Программы ООН по окружающей среде (UNEP), для серьезного улучшения ситуации с парниковыми газами в строительном секторе к 2050 году, помимо вышеописанных мероприятий, потребуется уменьшить углеродный след в производстве стройматериалов, увеличить инвестиции по всем направлениям энергоэффективности и повысить политические обязательства стран в области защиты окружающей среды. Все области строительства и недвижимости должны реализовать политики нулевого выброса углерода (как для существующих, так и для новых сооружений), а производители строительных материалов должны обеспечить декарбонизацию на протяжении всей цепочки изготовления.
К сожалению, пока все эти инициативы в основном носят рекомендательный характер, соответственно, значительного прогресса в данном вопросе мы пока не наблюдаем. В частности, по информации UNEP, в 2022 году эксплуатационные выбросы углекислого газа в сфере строительства и недвижимости, связанные с энергетикой, увеличились до 10 Гт, что на 5% больше, чем в 2020 году, и на 2% больше «допандемийного» пика.
Декарбонизация металлургии
В черной металлургии все намного серьезнее. К примеру, в Европейском Союзе к 2050 году запланировано снижение выбросов СО2 металлургией на 80%. Причем это касается как продукции, выпускаемой внутри ЕС, так и импорта. За невыполнение предусмотрены пошлины, штрафы и другие экономические санкции.
Учитывая то, что сталь поставляется буквально во все мыслимые отрасли промышленности, уклонение от выполнения таких обязательств никому пользы не принесет. Поэтому в металлургическом секторе движения по декарбонизации весьма заметны: крупнейшие инжиниринговые организации и институты включились в разработку альтернативных методов выплавки и прокатки металлов и сплавов, а некоторые ведущие производители стали (SSAB, Tata Steel, ArcelorMittal и др.) даже начали выпуск «зеленой стали» на своих активах. Да, пока объем производства такой стали мизерный, и он теряется в общем количестве стальной продукции, которая потребляется рынком (для информации, в 2021 году мировой промышленностью было использовано 1834 млн. т стальных изделий).
Источник: Материалы 68 встречи Комитета по стали Организации Экономического Сотрудничества и Развития (OECD)
Декарбонизация металлургической промышленности и повышение энергоэффективности технологических процессов идет одновременно по многим направлениям, среди которых:
-
Выведение из цепочки производства этапа доменной плавки с замещением на прямое восстановление железа и получение металлизированных окатышей (DRI – direct reduced iron) или горячебрикетированного железа (HBI – hot briquetted iron) вместо чугуна. В доменном процессе выплавки чугуна участвует много углеродсодержащих компонентов (кокс, природный газ, пылеугольное топливо и пр.). DRI-технологии, основанные на использовании природного газа, выбрасывают в атмосферу в 2-4 раза меньше СО2, а методы прямого восстановления с применением водорода являются практически «углеродо-нейтральными».
-
Замещение пылеугольного топлива и природного газа на водород при доменном производстве чугуна.
-
Уменьшение объемов использования чугуна в конвертерном производстве стали в пользу металлического лома, DRI и HBI.
-
Уменьшение объемов конвертерного производства стали в пользу электросталеплавильных методов.
-
Дальнейшее развитие ресурсосберегающих технологий и совмещенных процессов. В настоящее время наиболее известным видом подобного совмещения являются литейно-прокатные модули, которые объединяют этапы разливки и горячей прокатки стали.
Очевидно, что декарбонизация черной металлургии невозможна без серьезной перестройки производственных потоков и введения новых элементов в технологию изготовления металлопродукции, в частности:
-
Требуется увеличить мощности по производству и транспортировке водорода;
-
Необходимо обеспечить промышленные предприятия большим количеством электроэнергии - соответственно, необходимо вводить дополнительные генерирующие мощности;
-
Нужно расширять мощности по ломозаготовке и внедрять мероприятия по ломоподготовке (возрастут требования к качеству металлолома);
-
При выплавке стали потребуется использование вакуумирования и других методов внепечной обработки для выведения водорода в гораздо больших объемах, чем сейчас, и т.д.
Вероятно, вышеуказанные изменения приведут к увеличению себестоимости и, соответственно, цены на стальные продукты, что безусловно повлияет и на все смежные отрасли. Будут ли реализованы все описанные мероприятия или металлургическая наука в ближайшее время предложит что-то новое и революционное – пока вопрос открытый.
Заниматься улучшением экологической ситуации нужно в обязательном порядке. И в этом должны принимать посильное участие все сегменты промышленности во всех странах мира без исключения. Ибо если в одной части глобуса углеродный след сократится, а в другом – пропорционально вырастет, общая ситуация с парниковым эффектом на планете не изменится. При этом производители «зеленой» продукции, реализовавшие экологические проекты, которые привели к ее удорожанию, будут неконкурентными в сравнении с теми, кто попросту «забил» на эти инициативы и нашел пути легального или нелегального обхода санкций. Что ж, предлагаю встретиться в 2050 году и вместе посмотреть, что из этого всего получилось! 😊
