У XIX-XX століттях, в часи масової індустріалізації, ключовим чинником, що впливає на зміну виробничих процесів, була розробка нових технологій. Винаходи в галузі металургії та енергетики докорінно змінили вигляд промислових підприємств, ланцюжка постачання ресурсів, методи виготовлення та використання металопродукції. У сучасній промисловості інновації та розвиток продовжують грати одну з ключових ролей. При цьому до традиційних драйверів зростання у вигляді підвищення продуктивності і якості продукції додалися два показники, які здатні знову суттєво змінити усталені виробничі схеми.
Це – екологічність та ресурсозбереження. Оскільки ці показники впливають на подальше існування людства, до теми розвитку ресурсозберігаючих технологій, зниження «вуглецевого сліду» та інших антропогенних впливів на довкілля серйозно ставляться у всьому світі і в усіх галузях промисловості. Зрозуміло, ступінь стурбованості такими проблемами безпосередньо залежить від рівня розвитку суспільства та соціально-економічної та геополітичної ситуації. Десь уже найближчими роками запровадять серйозні обмеження на використання бензинових та дизельних двигунів (наприклад, у Швеції з 31 грудня 2024 року планується запровадити повну заборону на в'їзд автомобілів із двигунами внутрішнього згоряння до центральної частини Стокгольма). А десь і сортування сміття вже є чималим кроком у бік світлого майбутнього.
В Україні, на тлі війни, руйнування заводів, цивільних об'єктів та гідротехнічних споруд, забрудненості величезних територій залишками військової техніки, мінами та іншими вибухонебезпечними об'єктами, хімікатами тощо, вирішення вищезазначених питань, звичайно, відійшло на другий-третій план. Але це не означає, що їх не доведеться вирішувати найближчим часом, особливо з урахуванням: а) проєвропейського вектору розвитку країни; б) запланованого запровадження істотних обмежень використання «неекологічної» продукції на ринках збуту, які для нас є ключовими.
Вже зараз найбільші світові металургійні групи коригують свої стратегії з урахуванням екологічних трендів, багато хто з них уже розпочав реалізацію пілотних проектів із освоєння виробництва «зеленої сталі». Нові методи виготовлення вимагають радикальної зміни існуючих чи будівництва нових агрегатів, використання інших, якісніших і дорожчих сировинних ресурсів. Тому масове впровадження таких технологій, з одного боку, вимагатиме величезних капітальних інвестицій, з іншого – призведе до збільшення собівартості продукції, що випускається (принаймні на початковому етапі). Чи зможе за таких умов сталь зберегти свої позиції та виграти конкурентну боротьбу з альтернативними матеріалами? Абсолютно точну відповідь на це питання зараз не дасть ніхто. Але на боці металургів – багатовіковий досвід розвитку та можливість стовідсоткової повторної переробки сталевих виробів після їх виходу з експлуатації. А це, погодьтеся, чимало!
Отже, давайте подивимося, які основні напрямки розвитку вимальовуються на даний момент. Окремо приділимо увагу «гарячим процесам» чорної металургії (виплавка чавуну і сталі, виробництво гарячекатаного прокату), оскільки вони роблять істотний внесок у викиди СО2 в атмосферу.
Огляд екологічних трендів у будівельній галузі
Одразу зазначу, що зовсім не чорна металургія є флагманом у викидах парникових газів – вона посідає почесне друге місце після цементної промисловості. А якщо подивитися ширше і врахувати, що більше половини сталевої продукції, яка випускається у світі, та весь цемент йдуть у будівельну індустрію, виходить, що саме вона і є головним «винуватцем» посилення парникового ефекту на планеті. І справді, за даними міжнародного агентства з енергетики (IEA), будівництво та пов'язана з ним промисловість є найбільшим джерелом CO2. На них припадає близько 40% усіх світових викидів парникових газів, а також близько 40% світового споживання енергії.
Джерело: Матеріали наради IEA, Париж, 2022 р.
Відповідно, будь-які ініціативи, реалізовані в частині ефективності будівельних операцій, автоматично ведуть до декарбонізації та зниження обсягів енергоресурсів, що використовуються. Серед основних шляхів подібного розвитку найбільш значущими є такі:
- Зниження частки залізобетонного будівництва на користь сталевих та стале-залізобетонних рішень (зменшення споживання цементу та бетону);
- Зниження металомісткості споруд, у тому числі за рахунок раціонального проектування та використання високоміцних видів сталевого прокату (зменшення споживання сталі);
- Розробка нових типів металоконструкцій, нових методів з'єднання та зведення, підвищення енергоефективності будівель (зниження споживання енергоресурсів під час будівництва та обслуговування) тощо.
За даними Програми ООН з навколишнього середовища (UNEP), для серйозного поліпшення ситуації з парниковими газами в будівельному секторі до 2050 року, крім вищеописаних заходів, потрібно зменшити вуглецевий слід у виробництві будматеріалів, збільшити інвестиції з усіх напрямків енергоефективності та підвищити політичні зобов'язання країн у галузі захисту довкілля. Усі галузі будівництва та нерухомості повинні реалізувати політики нульового викиду вуглецю (як для існуючих, так і для нових споруд), а виробники будівельних матеріалів повинні забезпечити декарбонізацію протягом усього ланцюжка виготовлення.
На жаль, поки всі ці ініціативи здебільшого мають рекомендаційний характер, відповідно, значного прогресу в даному питанні ми поки що не спостерігаємо. Зокрема, за інформацією UNEP, у 2022 році експлуатаційні викиди вуглекислого газу у сфері будівництва та нерухомості, пов'язані з енергетикою, збільшилися до 10 Гт, що на 5% більше, ніж у 2020 році, і на 2% більше «допандемійного» піку.
Декарбонізація металургії
У чорній металургії все набагато серйозніше. Наприклад, у Європейському Союзі до 2050 року заплановано зниження металургією викидів СО2 на 80%. Причому це стосується як продукції, що випускається всередині ЄС, так і імпорту. За невиконання передбачені мита, штрафи та інші економічні санкції.
Враховуючи те, що сталь постачається буквально у всі можливі галузі промисловості, ухилення від виконання таких зобов'язань нікому не принесе користі. Тому в металургійному секторі рух з декарбонізації дуже помітний: найбільші інжинірингові організації та інститути включилися у розробку альтернативних методів виплавки та прокатування металів та сплавів, а деякі провідні виробники сталі (SSAB, Tata Steel, ArcelorMittal та ін.) навіть розпочали випуск «зеленої сталі» на своїх активах. Так, поки що обсяг виробництва такої сталі мізерний, і він губиться у загальній кількості сталевої продукції, яка споживається ринком (для інформації, у 2021 році світовою промисловістю було використано 1834 млн. т сталевих виробів).
Джерело: Матеріали 68 зустрічі Комітету зі сталі Організації Економічного Співробітництва та Розвитку (OECD)
Декарбонізація металургійної промисловості та підвищення енергоефективності технологічних процесів йде одночасно за багатьма напрямами, серед яких:
-
Виведення з ланцюжка виробництва етапу доменної плавки із заміщенням на пряме відновлення заліза й отриманням металізованих окатків (DRI – direct reduced iron) або гарячебрикетованого заліза (HBI – hot briquetted iron) замість чавуну. У доменному процесі виплавляння чавуну бере участь багато вуглецевмісних компонентів (кокс, природний газ, пиловугільне паливо тощо). DRI-технології, які базуються на використанні природного газу, викидають в атмосферу в 2-4 рази менше СО2, а методи прямого відновлення із застосуванням водню є практично «вуглецево-нейтральними».
-
Заміщення пиловугільного палива та природного газу на водень при доменному виробництві чавуну.
-
Зменшення обсягів використання чавуну в конвертерному виробництві сталі на користь металевого брухту, DRI та HBI.
-
Зменшення обсягів конвертерного виробництва сталі на користь електросталеплавильних методів.
-
Подальший розвиток ресурсозберігаючих технологій та поєднаних процесів. В даний час найбільш відомим видом подібного поєднання є ливарно-прокатні модулі, які поєднують етапи розливання та гарячої прокатки сталі.
Очевидно, що декарбонізація чорної металургії неможлива без серйозної перебудови виробничих потоків та введення нових елементів у технологію виготовлення металопродукції, зокрема:
-
Потрібно збільшити потужності з виробництва та транспортування водню;
-
Необхідно забезпечити промислові підприємства великою кількістю електроенергії - відповідно необхідно вводити додаткові генеруючі потужності;
-
Потрібно розширювати потужності з заготівлі брухту та впроваджувати заходи з брухтопідготовки (зростуть вимоги до якості металобрухту);
-
При виплавці сталі буде потрібне використання вакуумування та інших методів позапічної обробки для виведення водню в набагато більших обсягах, ніж зараз, тощо.
Ймовірно, вищезгадані зміни призведуть до збільшення собівартості і, відповідно, ціни на сталеві продукти, що, безумовно, вплине і на всі суміжні галузі. Чи будуть реалізовані всі описані заходи або металургійна наука найближчим часом запропонує щось нове та революційне – поки що питання відкрите.
Займатися покращенням екологічної ситуації потрібно обов'язково. І в цьому мають брати участь усі сегменти промисловості в усіх країнах світу без винятку. Бо якщо в одній частині глобусу вуглецевий слід скоротиться, а в іншій – пропорційно зросте, загальна ситуація із парниковим ефектом на планеті не зміниться. При цьому виробники «зеленої» продукції, які реалізували екологічні проекти, що призвели до її здорожчання, будуть неконкурентними порівняно з тими, хто просто «забив» на ці ініціативи та знайшов шляхи легального чи нелегального обходу санкцій. Що ж, пропоную зустрітися у 2050 році та подивитись разом, що з цього всього вийшло! 😊
