HYBRIT: Kuusi vuotta tutkimusta raivaamassa tietä fossiilivapaalle raudan- ja teräksenvalmistukselle teollisessa mittakaavassa

HYBRIT-hanke esittelee nyt kuuden vuoden tutkimustulokset Ruotsin energiaviranomaiselle (Energimyndigheten) laaditussa loppuraportissa. Raportti osoittaa, että HYBRIT-prosessilla tuotetulla suorapelkistetyllä raudalla on hyödyllisiä ominaisuuksia fossiilisilla polttoaineilla tuotettuun rautaan verrattuna.

HYBRIT on hakenut ja saanut useita patentteja onnistuneiden tulostensa perusteella, ja hanke etenee nyt seuraavaan vaiheeseen, jossa prosessi otetaan käyttöön teollisessa mittakaavassa. 

”Olen uskomattoman ylpeä kaikesta siitä, mitä HYBRIT-hankkeessa on saavutettu vuodesta 2016 lähtien. Menestyksekkään pilottihankkeemme ansiosta olemme hyvässä vauhdissa muuttamassa rauta- ja terästeollisuutta perinpohjaisesti. SSAB investoi nyt voimakkaasti koko pohjoismaisen teräksentuotantonsa muuttamiseen fossiilivapaaksi ja on jo aloittanut fossiilivapaan teräksen toimittamisen asiakkaille pienessä määrin”, kertoo Martin Pei, SSAB:n CTO ja Hybrit Development AB:n hallituksen puheenjohtaja (kuvassa yllä). 

HYBRIT-hanke on teräsyhtiö SSAB:n, kaivosyhtiö LKAB:n ja energiayhtiö Vattenfallin yhteistyöhanke, jonka tarkoituksena on muuttaa rauta- ja terästeollisuutta perinpohjaisesti. Tarkoituksena on käytännössä eliminoida terästeollisuuden hiilidioksidipäästöt korvaamalla hiili ja koksi raudantuotannossa fossiilivapaalla vedyllä ja sähköllä. Siirtymisen hiili- ja masuunipohjaisesta teräksentuotannosta HYBRIT-teknologiaan ja raudan sulattamiseen sähköisissä valokaariuuneissa odotetaan vähentävän Ruotsin kokonaishiilidioksidipäästöjä yli 10 % ja Suomen noin 7 %. 

Hanke osoittaa ensimmäisenä maailmassa, että fossiilivapaa arvoketju – malmista teräkseen – toimii puoliteollisessa mittakaavassa. Tähän mennessä HYBRIT-hankkeen Luulajan pilottilaitoksella Ruotsissa on tuotettu yli 5 000 tonnia vetypelkistettyä rautaa. Asiakkaat, kuten Volvo Group, Epiroc, Peab ja monet muut, käyttävät jo fossiilivapaata terästä ajoneuvoissa, raskaissa koneissa, rakennuksissa ja kuluttajatuotteissa, ja kiinnostus teknologiaa kohtaan on suurta.

Kuuden vuoden tutkimuksen tulokset osoittavat fossiilivapaan HYBRIT-prosessin toimivuuden 

Ruotsin energiaviranomaiselle toimitetussa loppuraportissa esitetyt tutkimustulokset ulottuvat vuodesta 2018 vuoteen 2024. Työssä on keskitytty skaalaamaan teknisiä ratkaisuja laboratoriosta teolliseen mittakaavaan, kehittämään teollisia prosessikäytäntöjä ja luomaan integroitu arvoketju vetypohjaiseen raudan- ja teräksentuotantoon. 

Esimerkkejä pilottivaiheen tuloksista: uuden vetykaasupohjaisen tekniikan kehittäminen tehokkaaseen fossiilivapaaseen raudan ja teräksen tuotantoon, jonka CO2-päästöt ovat 0,0 tonnia terästonnia kohden, uuden fossiilivapaan rautatuotteen (rautasienen) kehittäminen, jonka ominaisuudet ovat huomattavasti paremmat kuin fossiilisilla kaasuilla pelkistetyllä raudalla, vedyn valmistukseen ja varastointiin käytettävien emäksisten elektrolysaattoreiden menestyksekäs pitkäaikainen käyttö sekä tehokkaiden prosessikäytäntöjen kehittäminen fossiilivapaan rautasienen sulattamiseksi raakateräkseksi valokaariuunissa.

”HYBRIT-hankkeen teknisen kehityksen painopisteenä on ollut osaamisen rakentaminen ja teknisten edellytysten luominen fossiilivapaan prosessin toteuttamiseksi täysimittaisessa tuotannossa. Olemme erittäin iloisia siitä, että olemme tiiminä yltäneet onnistuneisiin tuloksiin, jotka ovat saavuttaneet tai ylittäneet hankkeelle asetetut tavoitteet. Hyödynnämme nyt hankkeen aikana saamaamme osaamista ja kokemuksia teknologian jatkokehityksessä ensisijaisesti omistajayhtiöiden teollistumisen tukemiseksi”, Hybrit Development AB:n toimitusjohtaja Ulf Spolander kertoo. 

HYBRIT-hanke siirtyy seuraavaan vaiheeseen 

Pilottivaiheen tulokset viitoittavat tietä HYBRIT-prosessin käyttöönotolle teollisessa mittakaavassa. Hybrit Development AB jatkaa tutkimus- ja kehitystyötä tukeakseen teknologian teollistamista yhdessä omistajayhtiöiden kanssa. Tähän sisältyy ratkaisujen toimittaminen LKAB:n suunniteltuun demonstraatiolaitokseen Ruotsin Jällivaarassa. Fossiilivapaan vedyn varastoinnin pilottihanke Luulajan Svartöbergetissä jatkuu vuoteen 2026.

”Matka on ollut mullistava lyhyessä ajassa. Pilottivaiheen tulokset osoittavat, että prosessi toimii ja että olemme valmiita ottamaan seuraavan askeleen, jossa Jällivaaraan suunniteltu LKAB:n demonstraatiolaitos on ensimmäinen askel kohti rautasienen teollista tuotantoa. Laadukas rautamalmimme ja hyvä fossiilivapaan energian saatavuus luovat ainutlaatuiset edellytykset kilpailukykyisen arvoketjun luomiseen tulevaisuuden fossiilivapaalle raudan- ja teräksentuotannolle, sanoo Jenny Greberg”, LKAB:n tekninen johtaja ja Hybrit Development AB:n hallituksen jäsen.  

”On erittäin ilahduttavaa nähdä tavoitteellisen yhteistyömme kantavan hedelmää. Kumppanuus on todella menestyksen avain. Seuraava vaihe on skaalata toiminta teolliseen mittakaavaan, jossa fossiilivapaa sähkö ja vety mahdollistavat siirtymisen tulevaisuuteen, jossa kaikki voivat kuljettaa, tuottaa ja elää fossiilivapaasti”, Vattenfallin strategiajohtaja ja HYBRITin hallituksen jäsen Andreas Regnell toteaa.

HYBRIT-hankkeelle on myönnetty rahoitusta EU:n innovaatiorahastosta ja Ruotsin energiaviranomaisen Industriklivet-ohjelmasta. Se on myös osa Euroopan IPCEI-hanketta Hy2Use (vety), johon kuuluu yhteensä 35 hanketta 12 maasta. Tavoitteena on tukea nopeaa muutosta ja lisätä Euroopan teollisuussektorin kilpailukykyä.

”Tie teollisuuden nettonollapäästöihin vaatii panostuksia innovatiivisiin ja teknologiaa muuttaviin ratkaisuihin. Tässä Industriklivetillä on tärkeä rooli. Toivomme, että eri hankkeista saatu tietotaito leviää laajemmalle ja nopeuttaa teollisuuden muutosta, kommentoi Klara Helstad”, Ruotsin energiaviranomaisen kestävän teollisuuden osaston päällikkö.  

HYBRIT – otteita tutkimustuloksista 2018–2024

• Uuden vetypohjaisen tekniikan kehittäminen, joka mahdollistaa tehokkaan fossiilivapaan raudan- ja teräksentuotannon, jonka hiilidioksidipäästöt ovat 0,0* tonnia terästonnia kohden (scope 1 ja 2).  
   
• Uuden rautatuotteen eli rautasienen kehittäminen. Rautasienellä on huomattavasti paremmat ominaisuudet kuin fossiilisilla kaasuilla, kuten maakaasulla, pelkistetyllä raudalla. HYBRIT-hankkeen rautatuote ei sisällä hiiltä, ja sen metallointiaste on korkea (98–99 %). Se kestää paremmin painetta, iskuja ja kulutusta kuin vastaavat teollisuustuotteet, ja sillä on vakaat kemialliset ominaisuudet. Kaiken kaikkiaan se tuo etuja kuljetukseen, varastointiin ja sulatukseen.  
   
• Hiilidioksidipäästöjen arviointi, kun pelkistämisessä käytetään vetyä fossiilisten kaasujen sijaan. HYBRIT-prosessissa rautamalmipelletit muutetaan raudaksi (rautasieneksi) käyttämällä ainoastaan fossiilivapaata vetyä. Prosessin ainoa sivutuote on vesi. Se eroaa perinteisestä suorapelkistystekniikasta, joka perustuu maakaasuun, josta syntyy hiilidioksidipäästöjä. Suorapelkistys vedyllä ja sulatus valokaariuunissa tuottaa 42 kg biogeenistä hiilidioksidia suorapelkistettyä rautatonnia kohti, kun taas perinteinen maakaasuprosessi tuottaa 383 kg fossiilista hiilidioksidia tonnia kohti. Pelkistyskaasun lämmitys on jätetty vertailusta pois.
   
• Uuden fossiilivapaan ja kilpailukykyisen teollisuusprosessin kehittäminen ja 175 prosessivaiheen testaaminen, jotta voidaan tunnistaa edullisin tapa valmistaa rautaa vedyllä.  
   
• Emäksisten elektrolysaattoreiden menestyksekäs pitkäaikainen käyttö vedyn tuotantoon ja varastointiin. Elektrolysaattoreita käytetään veden hajottamiseen vetyyn ja happeen fossiilivapaalla sähköllä. Vetyä käytetään sen jälkeen hapen poistamiseen rautamalmipelleteistä. Testit, joissa varastoitua vetyä käytetään reaaliaikaisesti sähkömarkkinoita seuraten, osoittavat, että vedyn tuotannon muuttuvia kustannuksia voidaan alentaa jopa 40 %. 
   
• Tehokkaiden prosessikäytäntöjen kehittäminen fossiilivapaan rautasienen sulattamiseksi raakateräkseksi valokaariuuneissa yhteistyössä Swerim-tutkimuslaitoksen kanssa. Teräksenvalmistus tapahtuu sulattamalla fossiilivapaata rautasientä fossiilivapaalla sähköllä ja lisäämällä siihen mahdollisimman vähän biohiiltä, happea ja kuonanmuodostajia. Kokeelliset tulokset osoittavat, että kehitetyllä fossiilivapaalla sulatusmenetelmällä voidaan tuottaa terästä, joka on yhtä laadukasta kuin nykyinen fossiilinen malmipohjainen teräs. 

*Prosessista syntyy pieniä hiilidioksidipäästöjä, jotka johtuvat grafiittielektrodien kulutuksesta ja kuonanmuodostajien lisäämisestä valokaariuuniin. Nämä päästöt ovat alle 0,05 hiilidioksidiekvivalenttitonnia yhtä terästonnia kohden, mikä pyöristetään 0,0 hiilidioksidiekvivalenttitonniin terästonnia kohden. Malmipohjaisen teräksentuotannon tyypillinen arvo masuunitekniikalla on 2,2 hiilidioksidiekvivalenttitonnia terästonnia kohden.