Uit het magazine

Bij het maken van staal komt behoorlijk wat CO2 vrij. Daar wil de sector vanaf door de hulp van waterstof in te roepen. In Zweden bouwen bedrijven een proeffabriek op basis van een nieuw proces om ijzer te maken.

Het maken van staal gaat al meer dan honderd jaar in grote lijnen hetzelfde. Vooral de productie van ijzer uit ijzererts in een hoogoven is een smerig klusje, waarbij cokeskolen worden verstookt. Die helpen bij het omzetten van ijzererts uit de grond, dat grotendeels bestaat uit ijzeroxides, in ijzer.

De cokeskolen fungeren als een soort magneet die de zuurstofatomen lostrekt van de ijzeratomen. Het probleem is alleen dat zo’n koolstofatoom uit de cokes uiteindelijk door het leven gaat in het innige gezelschap van twee zuurstofatomen. Inderdaad, dat is CO2, het belangrijkste broeikasgas, waarvan de uitstoot de komende jaren fors omlaag moet.
 

Proeffabriek

Daarom heeft het Zweedse energiebedrijf Vattenfall de handen ineengeslagen met staalproducent SSAB en mijnbouwbedrijf LKAB, beide eveneens Zweeds. Met zijn drieën bouwen zij in de noordelijke stad Luleå een nieuwe proeffabriek voor de productie van staal.

Hier willen ze de cokeskolen, die traditioneel nodig zijn voor de productie van staal op basis van erts, vervangen door waterstof. Het maken van staal op deze manier moet straks tijdens het proces nauwelijks nog CO2-uitstoot met zich meebrengen. In plaats daarvan komt bij het nieuwe proces enkel water vrij.
 

Fossielvrij staal

Het doel van dit project, HYBRIT genaamd, is om rond 2035 een productietechnologie te hebben voor fossielvrij staal. ‘Als dit lukt, denken we de CO2-uitstoot van Zweden met 10 procent te kunnen verminderen en die van Finland met 7 procent’, zegt een woordvoerder van Vattenfall.

De eerste fase van het HYBRIT-project heeft een budget van 170 miljoen euro, waarvan 50 miljoen euro wordt opgebracht door de Zweedse staat. Later zijn nog meer investeringen nodig. Er is dus veel geld mee gemoeid, maar daar schrikken de bedrijven niet van terug.

‘De investeringscycli in de staalindustrie zijn erg lang’, zegt Mikael Nordlander, hoofd van de R&D-afdeling Industry Decarbonization van Vattenfall. ‘De vraag is: durven bedrijven nog te investeren in fossiel-gebaseerde projecten?’

 

Twee processen voor het maken van staal uit ijzererts. Rechts de nieuwe HYBRIT-route, waarbij cokes vervangen worden door waterstof; links de oude hoogovenmethode. Infographic: Vattenfall

 

Onderzoeksinstallatie

De proeffabriek in Luleå wordt op dit moment in elkaar gezet. Het is een zogeheten direct reduction plant, die ijzererts omzet in ijzer. ‘Deze zomer moet hij af komen’, vertelt Nordlander. ‘Tot nu toe hebben we geen vertraging gehad. De machines zijn afgeleverd; nu wordt de installatie on site gebouwd.’

Hoewel het een pilot plant wordt, zal de fabriek als hij eenmaal af is, geen kleine jongen zijn; hij torent vijftig meter de hoogte in. De fabriek zal weliswaar staal maken, maar is toch vooral een onderzoeksinstallatie, die maar een fractie van een conventionele staalfabriek kan produceren; een ton in plaats van 250 ton staal per uur. ‘Hij dient echt om uit te vogelen hoe we ons proces draaiend krijgen. We hebben ons op waterstof gebaseerde proces goed werkend gekregen in het laboratorium in Stockholm, op kleine schaal dus. Nu willen we dat ook voor elkaar krijgen in een installatie die een of twee maten groter is’, zegt Nordlander.

Ons proces is geschikt om gebruikt staal in in te voeren. We zijn straks dus klaar voor de circulaire economie.

‘Het doel van de proeffabriek is om te leren hoe we een continu proces op commerciële schaal moeten ontwerpen. We kunnen straks spelen met belangrijke parameters, zoals de precieze samenstelling van het reductiegas waterstof, de temperatuur, debieten en drukniveaus.’ De fabriek hangt straks dan ook vol met meetapparatuur en is zo ontworpen dat er gemakkelijk en relatief snel aanpassingen aan kunnen worden gedaan.
 

Circulaire economie

Hoewel het hogere doel van het HYBRIT-project is om staal te maken zonder CO2-uitstoot, brengt het nieuwe proces nog enkele andere voordelen met zich mee. Zo is het erg geschikt voor het recyclen van gebruikt staal. Het tussenproduct dat het nieuwe proces (met waterstof) straks levert, is sponsijzer, een poreuze vorm van het metaal. Dat moet voor de verdere verwerking tot bruikbaar staal naar een ander type oven, een zogeheten vlamboogoven. ‘Die oven wordt ook gebruikt bij de huidige recycling van staal’, vertelt Nordlander. ‘Het ligt dan ook voor de hand om een bepaalde hoeveelheid gebruikt staal in ons uiteindelijke proces in te voeren. We zijn straks dus klaar voor de circulaire economie.’

 

Prijs

Waterstof is dus de held van dit verhaal, maar daar zit nog wel een addertje onder het gras. Een voorwaarde om het nieuwe staalmaakproces ook echt CO2-vrij te maken, is dat de gebruikte waterstof op duurzame wijze is geproduceerd. Nu wordt dat vaak nog gemaakt van aardgas, maar SSAB en Vattenfall bewandelen de schone route’; project HYBRIT gaat alleen duurzaam geproduceerde waterstof gebruiken.

Dat wil zeggen: waterstof die met duurzaam opgewekte stroom is gemaakt in grote elektrolyseapparaten. ‘Zweden is een logische plek om dit project te doen’, zegt Nordlander. ‘Bijna alle stroom hier – 98 procent – wordt opgewekt zonder CO2-uitstoot.’ Zweden wekt bijna al zijn elektriciteit op met kerncentrales en waterkracht, ongeveer half om half. Langzaam groeit ook het aandeel van windenergie. Slechts een fractie van de stroom wordt nog met fossiele bronnen opgewekt.

‘Ook is er een goede balans tussen vraag en aanbod. Daardoor zijn de stroomprijzen laag, zeker voor de industrie.’ Nordlander verwacht dat de prijs voor het maken van waterstof nog zal dalen. ‘In de toekomst hebben steeds meer andere industrieën het ook nodig.’
 

MEER LEZEN OVER DE KLIMAATVRIENDELIJKE STAALPRODUCTIE?

Het volledige verhaal over het produceren van ijzer met behulp van waterstof vind je in het meinummer van De Ingenieur. Koop de digitale versie voor € 7,50, of neem - met een flinke korting van 25 % - een digitaal jaarabonnement van twaalf nummers voor € 69,-.

 

Openingsfoto De proeffabriek van SSAB die in het Zweedse Luleå in aanbouw is, torent vijftig meter de hoogte in. Foto: Vattenfall

Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.