Grunnproblemet
er at stålverk bruker store mengder kull eller koks for å redusere
jernmalm til et renere og mer metallisk jern, en prosess med store
klimautslipp. Koksens karbonatomer løfter bokstavelig talt bort
oksygenet fra malmens kjemiske forbindelse jernoksid.

Ulempen
er at det dannes store mengder CO₂ når oksygenet istedenfor binder
seg til karbonet. Konverteringen til karbonfritt stål handler derfor
om grunnleggende omstilling av produksjonsprosessen. Istedenfor kull
og koks kommer hydrogen inn som nytt reduksjonsmiddel.

Revolusjonen er startet

HYBRIT
står for Hydrogen Breaktrough Ironmaking Technologyog
er et industrisamarbeid mellom stålkonsernet
SSAB, gruveselskapet LKAB og energiselskapet Vattenfall. Planen er å
erobre hele
verdens stålindustri,
men først skal HYBRIT lede den svenske hydrogenrevolusjonen.

Det
blir en lang reise i tid og teknikk når det industrielle initiativet
først må ta seg helt ned i det fossile problemet på partikkelnivå.
Deretter skal hele industristrukturen bygges om ved hjelp av
fossilfri gass – hydrogen fra elektrolyse. De første
elektrolysørene kommer fra Norge.

Jernmannen fra Tjeldbergodden

Det
er velkjent at også gass kan redusere malm. Det kanskje mest kjente
norske prosjektet i senere år, Ironman,
ble drevet av LKAB og metallpulverprodusenten Höganäs. De ville
prosessere svensk jernmalm til jernsvamp (rent jern) på
Tjeldbergodden ved hjelp av gass fra Heidrun-feltet og direkte
reduksjon (DRI) av malmen, en teknisk variant uten smelting.

Men
Statoil hoppet av og «jernmannen» ble borte i 2015 på grunn av
finansieringsproblemer. Ikke minst ble det politisk umulig å støtte
Ironman da utslippene skulle øke lokalt på Vestlandet, selv om
prosjektet beviselig skulle bidra til mindre globale utslipp.

Lysbuene overtar

Også
HYBRIT ser gass som sentralt i en fremtidig reduksjonsteknologi for
stål, men i form av hydrogen. Da blir restproduktet vanndamp. Det er
her Vattenfall kommer inn i bildet.

Samtidig
tikker klokken hos SSAB som må fornye sin ovnspark, men ikke bare på
grunn av klimaet. På det store stålverket i Oxelösund med 2100
ansatte har de to ruvende masovnene på nærmere 60 meters høyde
lenge stått for fall da gammel teknikk ikke lenger lar seg fornye og
heller ikke kan møte miljøkrav. Behovet for restaurering er derfor
stort. Konvensjonell ombygging til nye masovner ville
innebære at stålkonsernet malte seg enda lenger
inn i det fossile hjørnet.

Istedenfor
vil SSAB sette opp elektriske lysbueovner, Electric Arc Furnace
(EAF). De skal mates med skrapjern og jernsvamp fra hydrogenbasert
DRI-reduksjon. Den første skal tas i bruk i Oxelösund
i
2025, blir Sveriges største lysbueovn med 200 MW kapasitet, og kan
sluke like mange tonn råvarer i timen.

Problemer for nettet

Langs
denne veien vil det dukke opp en rekke utfordringer, som for eksempel
at lysbueovner krever mer strøm enn strømnettet kanskje tåler. I
Oxelösund må det bygges en ny 130 kV kraftlinje ned til stålverket.

Samtidig
er det svenske sentralnettet i dag så trangt at prosessindustrien
generelt er skeptisk til å gå for fort frem med elektrifisering.
Effektmangel på grunn av flaskehalser og underkapasitet i nettet
truer industriutviklingen i flere svenske regioner. Det gir også
HYBRITs tidsplan en utfordring. Sentralnettoperatøren Svenska
Kraftnät venter på tydeligere politisk styring.

Også naturgass

En
annen bieffekt av elektrifiseringen er at stålverket må begynne å
bruke naturgass og bygge ny LNG-terminal i havnen. Naturgassen skal
blant annet erstatte spillgassen fra masovnene og koksverket, en
viktig prosessgass som blant annet brukes til herding og
elproduksjon. På sikt skal den delen erstattes av biogass.

Store investeringer

Allikevel
investeres det friskt i HYBRIT. Hva ombyggingen i Oxelösund kommer
til å koste vil SSAB ikke ut med, men det er desto større åpenhet
rundt forsøksvirksomheten.

Den
svenske Energimyndigheten har gitt sitt største bidrag noensinne,
nesten en halv milliard kroner (528 MSEK), til et pilotanlegg i Luleå
som skal starte opp i 2020 og pågå til 2024. SSAB, LKAB og
Vattenfall står for 760 millioner (830 MSEK), cirka 63 prosent av
kostnaden.

Pilot og pelletsmarked

Pilotanlegget
i Luleå skal produsere jernsvamp ved hjelp av hydrogen og
direktereduksjon av pellets fra jernmalm i en eloppvarmet sjaktovn
med lavere temperatur enn i en tradisjonell masovn. Jernsvampen skal
så flyttes over til en lysbueovn der den smeltes ned og legeres til
stål. Målet er å produsere ett tonn jernsvamp i timen, døgnet
rundt uten avbrudd.

Et
delprosjekt er å teste hydrogen som varmekilde for sintring av
malmpellets, en prosess som herder knust jernmalm (pulver) til
fastere konsistens (pellets) ved å varme den opp til partiklene
vokser sammen uten å smelte. Pelletering av jernmalm er en stor
nisje på den globale stålscenen,
og den som kan lage karbonfrie pellets har mye å vinne.

NEL på banen

HYBRITs
teknologi ivaretas
av joint venture-selskapet Hybrit Development
AB.
Nylig inngikk selskapet en avtale
med
norske NEL Hydrogen som skal levere det første elektrolyseanlegget
til piloten i Luleå. Det blir et alkalisk anlegg på 4,5 MW.

På
sikt vil SSAB bli Sveriges største strømforbruker. Ifølge
Vattenfalls beregninger vil HYBRIT-prosjektets totale årsforbruk
havne rundt 15 TWh. Det er nesten like mye som Statkraft leverer til
norsk industri på ett år (20 TWh). Det meste av kraften skal gå
til elektrolysører.

Viktig hydrogenlager

I
dette scenarioet blir vindkraften sentral, selv om HYBRIT i praksis
også må være åpen for «fossilfri» kraft, som i Sverige betyr
atomkraft. Uansett kilde så må stålproduksjonen sikres mot
ustabile vær- og nettforhold.

Kraftproduksjonen
skal derfor kompletteres med hydrogenlager som kan fylles opp når
det er eloverskudd og lave priser. Tanken er å utvikle en teknologi
for sylindriske, trykksatte bergrom for komprimert hydrogen, foret
med metall så ikke gassen lekker ut.

Vattenfalls vyer

Utviklingen
av lagringsteknologi åpner samtidig helt nye dører ut i markedet.
Ifølge Mikael Nordlander, porteføljesjef for industriell
avkarbonisering
innen Vattenfalls organisasjon for forskning og utvikling, er
hydrogenproduksjon inklusive lagringsteknologi Vattenfalls nye
industrielle linje som kan vokse til en helt ny kjernevirksomhet.

Vattenfalls
konsernsjef Magnus Hall sa i åpningstalen for pilotanlegget i Luleå
at hydrogenet er energiselskapets nye industrielle
forretningsmulighet, «et nytt bein å stå på».

Balanserer kraftnettet

Hydrogenlager
kan også bidra til å opprettholde effektbalansen i kraftnettet. I
vindkrafttette områder kan et lager være en indirekte effektreserve
for lokal kapasitet hvis lasten til elektrolysørene kobles bort i
situasjoner med effektunderskudd (vindstille).

Stålverket
kan da bruke hydrogen fra lageret istedenfor å belaste nettet. I
motsatt situasjon, når det blåser mye, kan elektrolysørene ta imot
vindkraftens overskudd og lagre energien som gass.

Også HydrogenPro

En
fordel med å legge HYBRITs pilotanlegg til Luleå er at man har kort
vei til viktige deler av Sveriges metallurgiske forskning.
Forskningsinstituttene RISE og Swerim investerer nå i et eget
pilotanlegg for hydrogenproduksjon som skal bli et laboratorium for
utprøving av både komponenter og hele verdikjeder.

Midlene
kommer fra staten og industrien, og også her blir det lysbueovn for
smelting av direkteredusert jern via elektrolysert hydrogen.
Anlegget blir en nøytral testarena for aktører fra hele Norden.
Elektrolyseteknologien leveres
av
norske HydrogenPro.

Norsk utsikt

At
HYBRIT (les Vattenfall) har valgt NEL og RISE/Swerim har valgt
HydrogenPro gir selvsagt de norske leverandørene fremtidsutsikter.
Generelt står det europeiske elektrolysemarkedet fremfor stor vekst.

2025
går HYBRIT over i en storskala demonstrasjonfase med direkte
reduksjon fra hydrogen, trolig i Oxelösund. Frem til 2040 skal
hydrogen, DIR og lysbueteknikk fase ut SSABs fem masovner i de tre
stålverkene i Oxelösund, Luleå og finske Brahestad på den andre
siden av Østersjøen. Det kan også nevnes at Vattenfall og
drivstoffraffineriet Preem i Göteborg tidligere har inngått
en avtale
om å
bygge «verdens største hydrogenfabrikk» på 18 MW for produksjon
av drivstoff.

Regjeringens strategi

Både HYBRITs og Swerims satsinger er deler i en større strategi, koblet til den svenske regjeringens politiske mål om at Sverige senest 2045 ikke skal ha nettoutslipp av «drivhusgasser». HYBRIT har potensial til å redusere Sveriges CO₂-utslipp med 10 prosent, utslipp som i dag kommer fra stålindustrien. De to malmbaserte stålverkene i Luleå og Oxelösund står for Sveriges største enkeltutslipp og slapp i 2018 ut nesten 5 millioner tonn CO₂.

Globale muligheter

Mårten
Görnerup,
daglig leder i Hybrit Development,
mener at
«HYBRITs hydrogenbaserte teknologi for stålproduksjon på sikt kan
bli helt avgjørende for den globale klimaomstillingen». 10 prosent
av verdens kullproduksjon benyttes i dag av jern- og stålindustrien,
som står for 7 prosent av de globale CO₂-utslippene.

Derfor
kommer HYBRIT ikke til å låse fast teknologien til Sverige,
men «kommersialisere den etter beste evne», ifølge Görnerup. Den
langsiktige markedsoptimismen er stor også hos SSAB.

Skyer i horisonten

Ifølge
HYBRITs forstudie er det kun et tidsspørsmål før
produksjonskostnaden blir håndterlig og «fossilfritt stål» blir
konkurransedyktig på verdensmarkedet. Prisen på det nye grønne
stålet vil bli stadig mer gunstig i forhold til synkende elpriser
kombinert med prisøkning på klimakvoter og metallurgisk kull.

HYBRIT-teknikken
skal være klar for
kommersiell implementering i
2035,
uten at det garanterer et verdensmarked. Ting tar tid. Samtidig
forventes klimautslippene fra den globale stålindustrien ifølge
SSAB å øke med 25 prosent til 2050.