HYBRIT – ett ord på allas läppar

Av Kjell-Arne Larsson

Sverige kan bli först i världen med storskalig produktion av stål, med hjälp av fossilbränslefri energi och utan att använda kol eller koks. Idén med HYBRIT – Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology – bygger på att direktreducera järnmalmspellets med vätgas som framställs genom att elektrolysera vatten.

Den svenska stålproduktionen orsakar idag utsläpp av drygt 5 miljoner ton koldioxid, vilket motsvarar cirka 10 procent av Sveriges utsläpp. I SSAB:s masugnar i Luleå och Oxelösund reduceras järnet i malmen på konventionellt sätt med kol som också utgör energikälla. Alternativet är att i stället använda vätgas för att reducera järnet – en process som kallas direktreduktion. Vätet förenas med syret i järnmalmsmineralet och resultatet blir vatten i stället för koldioxid.

Känd teknik

Direktreduktion används av stålverk i flera länder i Mellanöstern och i Sydamerika. Flera relativt nya anläggningar finns i USA. Dessa stålverk har en produktionskapacitet i nivå med den i Luleå, som är på ungefär 2,5 miljoner ton/år. Vid direktreduktionsanläggningar ute i världen finns tillgång till naturgas som används för att framställa vätgas. Denna har därmed fossilt ursprung och orsakar nettoutsläpp av koldioxid vid framställningen. Idén bakom HYBRIT är att i stället elektrolysera vatten med hjälp av el som är förnybar. Då bidrar inte direktreduktionen till nettoutsläpp.

Elektrolys är en mycket välkänd process och i Sverige finns tillgång till el från vatten- och vindkraft. Men utmaningen är bland annat att framställa och hantera vätgas i mycket stor skala.

För att utveckla konceptet, först i pilotskala och sedan i demonstrations- och produktionsskala startade SSAB, LKAB och Vattenfall HYBRIT initiativet 2016 och har hunnit en bit på väg.

– Vi har gjort förstudie och valt teknik. Dessutom har vi genomfört en del laboratoriestudier, berättar Martin Pei, ordförande i HYBRIT Development och vice verkställande direktör och teknisk direktör SSAB.

Man har valt att använda pellets från LKAB som råvara. Fines eller styckemalm är inte aktuella. LKAB tillverkar redan idag DR-pellets och den exporteras till stålverk som använder direktreduktion. Både järnråvaran och processen är därmed väl etablerade.

Järnsvamp

Vid direktreduktionen produceras järnsvamp med extremt låg kolhalt. HYBRIT-projektet siktar på att använda järnsvampen tillsammans med stålskrot i ljusbågsugn för framställning av råstål. Proportionerna mellan järnsvamp och stålskrot tillsammans med legeringsämnen bestäms utifrån vilka stålsorter som slutligen ska produceras.

Den svenska stålindustrin är inte van att hantera smältor med extremt låg kolhalt. Här finns mycket att lära från utländska anläggningar.

– Men vi gör också eget forsknings- och utvecklingsarbete för att hitta optimala processer som klarar kvalitetskraven med tanke på de färdiga stålprodukterna och inte blir för dyra, berättar Martin Pei.

Vätgashantering

En stor utmaning blir givetvis att producera, lagra och hantera de stora mängder vätgas som behövs. För att klara vätgasproduktionen till pilotförsöken har man upphandlat en elektrolysanläggning från norska Nel Hydrogen. Den alkaliska elektrolysanläggningen har en effekt på 4,5 MW.

Dessutom byggs ett vätgaslager. Detta placeras på LKAB:s mark och 25–35 meter under markytan, i närheten av den pilotanläggning som sedan juni 2018 byggs på SSAB:s område i Luleå. Vätgaslagret placeras i bergrum med inklädnad av stål. Lagret kommer att ha en volym på 100 kubikmeter och vätgasen blir trycksatt. Energiinnehållet motsvarar 20 hushålls årliga elförbrukning (ej hushållens uppvärmning).

Pilotanläggningens del för direktreduktion kommer att ha en kapacitet på 1 ton järnsvamp per timme. För vidareförädlingen ska Svemins befintliga ljusbågsugn användas och den har kapacitet på 10 ton stål per timme.

Pilotanläggningen kommer att användas under perioden 2021–2024. Planen är nu att bygga en demonstrationsanläggning som blir klar redan 2025, tre år tidigare än ursprunglig plan. För närvarande utreds lokaliseringen för denna demonstrationsanläggning.

Sedan är avsikten att tillverka stål genom att smälta järnsvampen i en ljusbågsugn i Oxelösund. Planen är att kring år 2025 byta ut den befintliga masugnen i Oxelösund till en ljusbågsugn.

– Därmed skulle vi kunna producera järnmalmsbaserat fossilfritt stål för kommersiellt bruk redan 2026, fortsätter Martin Pei. Målet är sedan att från 2035 sälja sådant stål på bred front.

Även masugnen i Luleå ska ersättas av en ljusbågsugn, vilket också planeras beträffande stålverket i Raahe. Dessa ombyggnader ska vara klara senast 2045. Det framtida elbehovet för vätgasframställningen som krävs för ståltillverkning i Luleå samt Oxelösund (med nuvarande produktionsnivå) beräknas till 15 TWh per år.

Även pelletstillverkningen

Dagens ståltillverkning orsakar koldioxidutsläpp framförallt i masungsprocessen. Även pelletstillverkningen orsakar utsläpp, med i storleksordningen en tiondel så mycket. Där har försök inletts i ett av LKAB:s pelletsverk, med att byta ut fossil eldningsolja till bioolja. Man kommer också att undersöka möjligheterna att använda el som energikälla. Just nu byggs en pilotanläggning för pelletsproduktion i Malmberget. Målet på sikt är att all pelletsproduktion ska bli fossilbränslefri.

Många samarbetspartners

HYBRIT-initiativet samarbetar i utvecklingsarbetet med KTH, Luleå tekniska universitet, Lunds universitet, Stockholm Environment Institute, Svemin och RISE. Staten ger stöd via Energimyndigheten som hittills beviljat 599 miljoner kronor varav 48 miljoner kronor till vätgaslagret.

– HYBRIT är ett flaggskepp där vi har draghjälp både av politiker och myndigheter. Vi är väldigt glada och stolta att Energimyndigheten väljer att fortsätta stödja oss, säger Martin Pei, ordförande i HYBRIT Development och vice verkställande direktör och teknisk direktör SSAB.

//

https://www.nordiskaprojekt.se/