Témata
Zdroj: Unsplash.com

Revoluce udržitelnosti: Bezuhlíková ocel je pouze zdánlivý paradox

Výroba oceli je dlouhodobě strategickým odvětvím, na němž nevyhnutelně stojí obrovská část strojírenské výroby. Jak může být ocel „bezuhlíková”, když je uhlík její nedílnou součástí? Odpovědí je změna výrobního procesu – nové technologie, které místo uhlíku využívají vodík a zelenou elektřinu, již v dnešní době přispívají k dekarbonizaci tohoto odvětví.

Tento článek je součástí seriálu:
Revoluce udržitelnosti
Díly
Anna Jirásková

Vystudovala umělecko-průmyslovou střední školu v Turnově a následně strojírenský management na Vyšší odborné škole ve Strakonicích. Většinu svého profesního života se věnuje překladatelství z angličtiny, ve volném čase pak například literatuře, počítačům, řemeslné tvorbě či vzdělávání se v dalších jazycích. V MM Průmyslovém spektru pracuje jako redaktorka od roku 2024.

Reklama

Na první pohled to zní jako protimluv – ocel bez uhlíku? Vždyť právě uhlík je jednou z klíčových složek, která dává železu jeho konečnou pevnost, tvrdost a strukturu. Přesto se pojem nízkouhlíková, nebo dokonce bezuhlíková ocel stále častěji objevuje ve strategických plánech průmyslu, vědeckých publikacích i politických prohlášeních. Co se tím skutečně myslí a jaké technologie stojí za tímto novým směrem v hutnictví?

Emise, nikoliv sloučeniny

V souvislosti s klimatickou krizí se uhlík stal globálním nepřítelem číslo jedna – avšak nikoliv ve své chemické podstatě, ale kvůli formě, v jaké se uvolňuje do atmosféry: jako oxid uhličitý. Když se tedy dnes hovoří o „uhlíkové stopě“ oceli, nejde o uhlík obsažený v materiálu samotném, ale o množství CO2, které vznikne při jejím výrobním procesu. V tradičním hutnictví se totiž uhlí používá nejen jako palivo, ale také jako chemický redukční prostředek při přeměně železné rudy na surové železo. Právě tato část procesu je hlavním zdrojem emisí.

První „zelená ocel“ vyrobená společností Hybrit byla zkušební dodávkou pro výrobce nákladních automobilů Volvo. (Zdroj: Hybrit)

Podle Mezinárodní energetické agentury je výroba oceli zodpovědná za přibližně 7–9 % globálních emisí CO2. Změnit způsob, jakým se vyrábí jedna z nejpoužívanějších průmyslových surovin na světě, tak znamená významný krok směrem k dekarbonizaci průmyslu.

Tradiční cesta: vysoká pec a konvertor

Většina světové oceli se stále vyrábí tzv. integrovaným způsobem – železná ruda se taví ve vysoké peci spolu s koksem, tedy palivem bohatým na uhlík vyrobeným z černého uhlí. Koks zde plní dvojí roli: dodává teplo a zároveň působí jako redukční činidlo, které uvolňuje kyslík z rudy (většinou oxid železitý). Tím vzniká surové železo a zároveň oxid uhličitý. V konvertoru se pak přidává šrot a uhlík se snižuje na požadovanou úroveň. Celý proces je energeticky velmi náročný a emise jsou prakticky nevyhnutelné.

Nový princip: vodíková redukce a zelená elektřina

Zásadní změnu přináší náhrada uhlí jakožto redukčního činidla, a to vodíkem. Namísto CO2 tak při přeměně železné rudy vzniká pouhá vodní pára. Zde je však na místě dodat, že technologicky se jedná o proces odlišný od výše zmíněné klasické výroby oceli. Vodík není možné používat v tradičních vysokých pecích, k výrobě se proto používají zejména elektrické obloukové pece.

Protože uhlí (koks) je fosilní palivo, jedna z klíčových cest pro dekarbonizaci výroby surového železa spočívá v používání vodíku namísto uhlíku.

V elektrických obloukových pecích dnes již probíhá podstatná část světové produkce oceli, a to zejména v USA a západní Evropě. Tyto pece zpracovávají převážně kovový šrot, což je environmentálně velmi příznivé. Recyklace však má své limity: ne každé požadované jakosti lze dosáhnout z dostupného šrotu, a navíc globální poptávka po oceli roste, zatímco objem kvalitního šrotu je omezený. Proto je stále potřeba i výroba z primárních surovin – a právě tam je změna technologie klíčová.

Bezfosilní ocel a nové zelené závody

Princip redukce pomocí vodíku stojí například za technologií Hybrit (Hydrogen breakthrough ironmaking technology), kterou od roku 2016 vyvíjí švédské konsorcium firem SSAB, LKAB a Vattenfall. V pilotním závodě v Luleå již v roce 2021 představili první šarži tzv. fossil-free steel neboli doslova bezfosilní oceli – jednalo se o zkušební dodávku pro výrobce nákladních automobilů Volvo. Ten ve stejném roce oznámil úmysl zahájit výrobu prototypů vozidel, která budou vytvořená právě z tohoto materiálu.

Firma SSAB dále oznámila, že do roku 2026 hodlá vyrábět 1,5 milionu tun bezfosilní oceli. V průběhu 30. let tohoto století hodlá vysokou pec (BF) v ocelárně Luleå kompletně nahradit elektrickou obloukovou pecí (EAF), v níž bude používán výhradně vodík ze 100% obnovitelných zdrojů. Bezfosilní ocel místní výroby by se dle tohoto plánu měla stát běžně dostupnou na trhu již během roku 2026.

Reklama
Reklama
Reklama

Podobným směrem se vydal i projekt voestalpine Greentec Steel v Rakousku. Ocelárna voestalpine plánuje nahradit jednu z vysokých pecí ve stávajícím areálu v Linci elektrickou obloukovou pecí, napájenou elektřinou z obnovitelných zdrojů. Ta bude tavit buď recyklovaný kovový šrot, nebo tzv. HBI – železo předredukované vodíkem. Ve spojení s vodíkovou technologií a dalšími úpravami plánuje voestalpine do roku 2029 snížit své emise CO2 až o 30 %, což představuje úsporu čtyř milionů tun emisí ročně.

K nejambicióznějším projektům patří rovněž nový švédský podnik H2 Green Steel, který se nedávno přejmenoval na Stegra. Výstavba zelené ocelárny v severošvédském městě Boden je plánována s cílem dosáhnout snížení emisí až o 95 % oproti tradiční výrobě. Stegra hodlá vyrábět ocel přímo z pelet redukovaných vodíkem, a následně tavených v EAF, přičemž celý proces má být poháněn obnovitelnou elektřinou z vodních a větrných elektráren.

Výroba oceli je vysoce strategickým průmyslovým odvětvím, jehož dekarbonizace se již dnes v mnoha zemích těší přímé i nepřímé podpoře ze strany vlád a institucí. (Zdroj: Unsplash.com)

Tato iniciativa je podporována řadou velkých odběratelů, například firmami BMW, Mercedes-Benz nebo Electrolux, které se zavázaly k odběru zelené oceli do svých produktů – od karoserií až po domácí spotřebiče.

Mezinárodní tlak a legislativa

Evropská unie reaguje na potřebu změny komplexním balíčkem Fit for 55, jehož cílem je do roku 2030 snížit emise skleníkových plynů o 55 % oproti roku 1990. Součástí tohoto rámce je i CBAM – mechanismus uhlíkového vyrovnání na hranicích. Ten zavádí uhlíkovou daň na dováženou ocel a další komodity s vysokou emisní stopou, čímž zvýhodňuje evropské výrobce, kteří investují do nízkoemisních technologií.

Reklama

Spolu s tím vznikají i nové obchodní značky jako XCarb od společnosti ArcelorMittal, která sdružuje nízkoemisní produkty vyráběné buď recyklací, nebo ve vodíkových procesech. ArcelorMittal uvádí, že jejich trubky z oceli XCarb mají až o 75 % nižší uhlíkovou stopu než běžná produkce.

Letopočty zlomů

Hledání cest ke klimaticky přijatelnější oceli trvá už několik desetiletí, ale klíčové milníky přišly v poslední dekádě. Za přelomové lze označit:

2016 – zahájení vývoje HYBRIT;

2021 – výroba první fossil-free oceli (SSAB);

2022–2023 – spuštění výstavby zelených závodů (Stegra, voestalpine);

2026 – předpokládaný start masové produkce.

Kromě technologického vývoje sehrála zásadní roli i geopolitická situace. Energetická krize po roce 2022 a tlak na surovinovou soběstačnost výrazně urychlily investice do nízkouhlíkové výroby na evropském kontinentu.

Cesta vpřed

Přechod k nízkouhlíkové oceli s sebou nese i četné výzvy – od vysokých investičních nákladů přes omezenou infrastrukturu pro zelený vodík až po potřebu transformace celého dodavatelského řetězce. Přesto se zdá, že dekarbonizace hutnictví je nevyhnutelná. Dnes už nejde o otázku, zda se zelená ocel prosadí, ale jak rychle a v jakém měřítku.

Další způsoby snižování emisí v ocelářské výrobě:

  • méně uhlíku ve fázi redukce – díky pokroku výrobních technologií, jehož výsledkem byla nižší potřeba dodávaného uhlíku jako redukčního činidla pro získávání surového železa, se okolo roku 1975 objem vypouštěného oxidu uhličitého na tunu konečného produktu snížil o více než polovinu;
  • recyklace vysokopecního plynu – vysokým potenciálem se vyznačuje také recyklace odpadních plynů, jež vznikají ve vysoké peci. Vodík a oxid uhelnatý se při jejím použití vhání zpět do redukčního procesu, kde nahrazuje koks – emise CO2 tak mohou klesnout o téměř 200 kilogramů na tunu vyrobené oceli;
  • • využívání odpadního tepla z výroby – při chlazení aglomerátu lze získat energii zhruba 280 megajoulů na tunu aglomerátu – tuto energii lze použít například k předehřívání směsi, která vstupuje do aglomerační jednotky, nebo k předehřevu vzduchu vstupujícího do vysokých pecí;
  • suché hašení koksu – při tradiční výrobě se žhavý koks hasí vodou, zatímco při suchém hašení – chlazení dusíkem – lze část tepelné energie z koksu využít. Ohřátý dusík může sloužit například k výrobě vysokotlaké páry pro výrobu elektřiny;
  • větší využívání železnorudných pelet – pelety mohou ve vysokopecní vsázce nahradit aglomerát, jehož použití je zhruba třikrát emisně náročnější – na tunu tekutého kovu lze takto ušetřit více než 100 kilogramů CO₂. Stoprocentní využívání pelet je možné zejména v menších provozech, v případě velkých vysokých pecí zatím vyžaduje více testování.

Revoluce udržitelnosti: Uzavřené smyčky v kovoprůmyslu

Navzdory sebevětšímu úsilí o maximální efektivitu zůstává produkce odpadu v průmyslu kovovýroby nedílným doprovodným faktorem. Recyklace třísek, emulzí a olejů je proto, zvláště pro malé a střední podniky, moudrým krokem do budoucna - šetří peníze i planetu, zefektivňuje ekonomickou stránku provozu a přispívá k dobrému jménu v očích potenciálních zákazníků.

Související články
Revoluce udržitelnosti: Digitalizací k úsporám

Průmyslová udržitelnost se v posledních letech stala nejen věcí image, ale také ekonomiky. Rostoucí ceny energií, tlak na snižování emisí i požadavky zákazníků nutí podniky hledat způsoby, jak vyrábět chytřeji. Jednou z hlavních cest je digitalizace. Ta dovoluje provoz detailně prozkoumat a z drobných optimalizací sestavit významné energetické úspory.

Revoluce udržitelnosti: Inovativní materiály zítřka

Ekologické alternativy technických materiálů dnes pronikají napříč nejrůznějšími odvětvími – od stavebnictví přes obaly a módu až po automobilový průmysl. Již dnes je například možné postavit dům z konopného betonu, zabalit elektroniku do myceliového obalu, obléct si oděv z „kůže“ vypěstované z podhoubí nebo jezdit autem, které obsahuje díly z rostlinných biopolymerů.

Revoluce udržitelnosti: Ekonomické přínosy ekologického smýšlení

Udržitelnost není pouze módní trend, ale především strategický přístup, který může strojírenským výrobcům přinést významné ekonomické výhody. Firmy, které zavádějí ekologická opatření, mohou těžit mimo jiné z úspor v oblasti nákladů či materiálů, a to skrze pokročilé řízení energetické spotřeby či zodpovědný přístup k recyklaci a odpadu z výroby.

Související články
Revoluce udržitelnosti: Přes 300 let starý pojem

V mnoha oblastech lidské činnosti, od zemědělství až po strojírenskou výrobu, je udržitelnost aktuálně jedním z nejčastěji skloňovaných slov. Tento úvodní článek ze série „Revoluce udržitelnosti“ se věnuje tomu, jak se tento pojem dostal do centra veřejných diskuzí, co vlastně znamená a proč se v posledních desetiletích stal tak důležitým.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Ocelové město a CO2

Co Jules Verne nemohl tušit… Nebo mohl? Zlého profesora nechává umřít na zadušení kysličníkem uhličitým…

Výherci Zlaté medaile MSV 2024

Součástí 65. Mezinárodního strojírenského veletrhu v Brně se i letos stalo udělování cen Zlaté medaile. Tyto ceny byly předány za celkem šest veletržních exponátů, které komisi oslovily inovativním provedením, a v sedmém případě také za celoživotní přínos oboru. Tradice této soutěže sahá až do roku 1964.

Kompozitní materiály z přírodních zdrojů

Veřejnost se stále více snaží být environmentálně odpovědnou. Ani napříč odvětvími průmyslu tomu není jinak. V oblasti kompozitních materiálů můžeme v posledních letech sledovat stále častější tendence využívat přírodní materiály jako náhradu konvenčních syntetických produktů. Roste poptávka po vláknech na rostlinné bázi (například vláknech ze lnu, konopí nebo sisalu) a tyto materiály získávají významný podíl na celkové produkci kompozitních výrobků.

Z manažera vlastníkem

V době recese koupila Olga Kupec od německého majitele slévárenský provoz a už více než 10 let jede její firma na plné obrátky. Tato přemýšlivá a empatická dáma dokázala svým přístupem ke klientům a kolegům vybudovat v českoněmeckém pohraničí prosperující firmu, která nemá nouzi, ani o zakázky, ani o zaměstnance.

Materiály z hub, ananasu i skleníkových plynů

Nejen v módním průmyslu se objevují moderní alternativy k tradičním materiálům s důrazem na udržitelnost. Mezi tyto materiály patří například aircarbon vyráběný ze skleníkových plynů, rostlinná tkanina Piñatex z listů ananasu či myceliová „kůže“ z hub. Tyto inovace nabízejí ekologičtější řešení pro výrobu oblečení i doplňků.

Přínos vědců pro českou ekonomiku

Výzkumná a vědecká pracoviště jsou častými nositeli průlomových objevů a řešení. Jejich přínos pro konkurenceschopnost firem a národních ekonomik je neoddiskutovatelný. Jak si vede v této oblasti Akademie věd ČR, jak spolupracuje s průmyslovou sférou a kde vidí svou přidanou hodnotu? Na toto téma jsme diskutovali s předsedkyní AV ČR profesorkou Evou Zažímalovou.

Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 9. a 10. díl: Jak se staví odborníci k e-mobilitě

V minulém díle našeho seriálu jsme dali prostor pověřenci ministra dopravy pro čistou mobilitu Mgr. Janu Bezděkovskému pro vyjádření se k jednotlivým problematickým aspektům, které s sebou přináší deklarovaný úplný přechod na elektromobilitu. V tomto díle jsme s podobnými otázkami oslovili odborné garanty našeho seriálu – prof. Macka a Ing. Morkuse –, již na ně velmi obšírně odpověděli. Zároveň tímto rozhovorem s odborníky, kteří náš seriál dozorovali, připomínkovali jednotlivé díly a motivovali nás k tvorbě dalších, seriál Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu končí. Snad svůj účel – jímž bylo představit některé problematické stránky úplného přechodu na elektromobilitu a předložit je k další diskuzi – splnil.

Revoluce udržitelnosti: Uzavřené smyčky v kovoprůmyslu

Navzdory sebevětšímu úsilí o maximální efektivitu zůstává produkce odpadu v průmyslu kovovýroby nedílným doprovodným faktorem. Recyklace třísek, emulzí a olejů je proto, zvláště pro malé a střední podniky, moudrým krokem do budoucna - šetří peníze i planetu, zefektivňuje ekonomickou stránku provozu a přispívá k dobrému jménu v očích potenciálních zákazníků.

Energetická náročnost obráběcích strojů: Část 3. Inteligentní technologie

Globální oteplování se stalo velmi diskutovaným tématem. I když bylo provedeno mnoho vědeckých studií a  napsáno neméně vědeckých článků, dosud se odborná komunita nesjednotila v celkovém názoru na globální změny klimatu. Smyslem předkládané trilogie článků není rozklíčovat současný stav a doporučit řešení, ale z pohledu konstrukce a provozu výrobních zařízení představit řešení firem, které primárně nehledí na byznys, ale na budoucnost naší planety.

Energetická náročnost obráběcích strojů: Část 2. Vliv výrobních strojů

Globální oteplování se stalo velmi diskutovaným tématem. I když bylo provedeno mnoho vědeckých studií a napsáno neméně vědeckých článků, dosud se odborná komunita nesjednotila v celkovém názoru na globální změny klimatu. Navíc zde hrají roli politika a byznysové zájmy, a tak je velmi obtížné se ve všech, často protichůdných, informacích vyznat.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit