Экологичные технологии металлопроизводства: шаг к устойчивой промышленности

Исследование экологических методов изготовления металлов представляет собой значимый шаг в сторону устойчивого развития сферы промышленности. Традиционные подходы, включающие доменное производство железа, сопряжены с значительными выбросами углекислого газа, серы и азота. Внедрение экологически чистых технологий в производственный процесс является не просто модной тенденцией, а необходимостью для сохранения окружающей среды и будущего промышленного сектора.

Металлургия составляет около 7–9% общемировых выбросов СО2, что делает эту отрасль одной из самых экологически неприемлемых. Переход на экологически чистые технологии позволяет значительно снизить отрицательное воздействие на окружающую среду. Например, замена кокса на водород в процессе прямого восстановления железа (как, например, в шведском проекте HYBRIT) позволяет сократить выбросы практически до нуля. Еще одним примером является электролиз алюминия, который при использовании энергии солнца или ветра становится значительно более экологически чистым.

Более того, экологически чистые методы способствуют экономии ресурсов. Переработка металлолома потребляет намного меньше энергии, чем первичное производство металла. Плавка алюминия из лома сокращает энергопотребление до 95% по сравнению с добычей бокситов. Это позволяет не только снизить негативное воздействие на окружающую среду, но и делает производство более эффективным. Еще одним важным направлением является биометаллургия, где металлы изымается с помощью бактерий. Этот метод более энергоэффективен и практически не производит опасных отходов.

Строгие экологические стандарты, такие как Европейский зеленый пакт, стимулируют компании к внедрению экологически чистых технологий. Те, кто инвестирует в инновации, не только избегают штрафов, но и приобретают конкурентное преимущество на мировом рынке.

Самый популярный метод получения прямовосстановленного железа (ПВЖ) Midrex был разработан в США в 60-е годы прошлого века. Тогда началась промышленная эксплуатация таких установок. В России с 1986 года по данной технологии действует предприятие в городе Старый Оскол. Основная идея технологии заключается в восстановлении железа из его оксидов без использования каменноугольного кокса. Для этого используется конвертированный природный газ. Иными словами, технология получения полупродукта для последующей выплавки стали (чаще всего в электродуговых печах) решает проблему каменноугольного кокса в металлургии.

По данным World Steel Association, в 2023 году в мире было произведено более 130 миллионов тонн ПВЖ с применением бескоксовых технологий.

Большинство ПВЖ производят на устаревших установках с использованием углей в Иране и Индии. В России выпуск ПВЖ составляет около 8 миллионов тонн.

Использование природного газа для восстановления железной руды остается лучшим вариантом, создавая самое чистое сырье и высококачественный металл, востребованный в высокотехнологичных отраслях. На это есть высокий спрос, поскольку конвертерная сталь и металл из металлолома не могут предложить такого качества.

Все эффективные методы прямого восстановления железа в основе используют один процесс: железорудное сырье с высоким содержанием железа восстанавливают при высоких температурах. Такие процессы сопровождаются использованием специальной газовой смеси.

Основное производство ПВЖ сосредоточено в странах с большими запасами нефти, природного газа и высококачественной железной руды, а также ограниченными ресурсами металлолома. К таким странам относятся Латинская Америка, Ближний и Средний Восток, как считает директор Центра экономического прогнозирования Газпромбанка Александр Семин.

Эти факторы определяют ограниченное применение технологии Midrex:

· высокая энергоемкость при производстве газового восстановителя и проведении восстановительного процесса в шахтной печи;

·большая инвестиционная стоимость проекта из-за сложной инфраструктуры, включающей очистные установки, печи для восстановления, оборудование для брикетирования губчатого железа и так далее;

·высокая требовательность к качеству исходного сырья, большой расход природного газа (до 400 куб. м на 1 т ПВЖ), а также то, что ПВЖ — продукт, склонный к окислению на воздухе, что требует особых условий для его хранения и транспортировки.

Однако российские ученые и производственные компании также активно участвуют в процессе "зеленения" металлургического производства. Недавно в НИУ МЭИ (Московский энергетический институт) разработали метод жидкофазного восстановления железа из руд углеродводородной смесью без использования угля и кокса. Для этого создана конструкция реактора, в которой железо, необходимое для производства стали, непрерывно восстанавливается с использованием природного газа.

Преимущество нового метода перед традиционным заключается в отсутствии необходимости в дополнительном оборудовании для получения восстановительного газа. Продолжительность процессов восстановления не превышает 12 минут. Благодаря простому непрерывному процессу данной технологии ее внедрение в производство может позволить вдвое снизить энергозатраты на выплавку стали с соответствующим уменьшением себестоимости производства и выбросов вредных веществ в окружающую среду.

«Методология московского энергетического института нам знакома, однако она в настоящее время находится на очень начальной стадии разработки. Ей потребуется при благоприятных обстоятельствах, вероятно, десятилетие, чтобы достичь производства», — жалуются в сталелитейной компании.

Тем не менее, любым инновационным идеям, особенно тем, которые стремятся изменить технологические процессы в традиционных отраслях, требуется достаточное время и ресурсы для воплощения в жизнь, уверены в организации.

Известны технологии производства стали с низким содержанием углерода, такие как ГБЖ и ЭДП, которые оказались эффективными и экологически безопасными. Однако для их применения необходимо высококачественное сырье и доступные энергоносители. Возможно в будущем использование водорода вместо природного газа.

Существуют и другие альтернативные технологии, но они находятся на начальных этапах исследований. Например, метод электролиза расплава железной руды инвестирован более чем на $100 млн.

Поиск экологичных решений привел к разработке водородной металлургии, предлагающей восстановление железа водородом с образованием только воды. Однако стоимость зеленого водорода пока ограничивает его широкое использование.

Другие альтернативы включают в себя технологии улавливания CO2, снижающие выбросы. Однако их внедрение затруднено из-за высокой стоимости и недостаточной инфраструктуры.

Усовершенствование существующих технологий осуществляется активно, например, НИТУ МИСИС работает над повышением их материало- и энергоэффективности. Развитие более экологичных методов производства стали требует капиталовложений, поддержки государства и изменений в политике.

«Мировая металлургия плавно движется в направлении зеленых технологий, однако данный процесс замедляется из-за экономических и технологических препятствий. Разработка НИУ МЭИ, несмотря на свою перспективность для местного использования, в глобальном масштабе вероятно не сможет конкурировать с водородными решениями. Основными стимулами изменений продолжают оставаться ужесточение экологических стандартов, таких как налог на CO2 в ЕС, и государственная поддержка инноваций в сфере», — отмечает Сергей Фролов.

Определяющее значение в глобальной повестке дня принимает торговая война, а не экологическая трансформация, причем Китай — крупнейший потребитель железорудного сырья и коксующегося угля — уже несколько лет не способен оживить рынок недвижимости, являющийся ключевым потребителем стали. Производители стали стремятся максимально уменьшить издержки из-за низкого спроса, передавая повышение себестоимости на потребителя. Возможной альтернативой могло бы быть значительное сокращение производства, однако на такой шаг никто не решается, заключает главный аналитик центра инвестиционного анализа СК «Росгосстрах Жизнь» Михаил Шульгин.

Данный материал — часть нового проекта ИД «», посвященного трендам бизнеса и финансового рынка. Еще больше длинных текстов с анализом ключевых секторов российской экономики, экспертными интервью и авторскими колонками — на странице Review.