Ученые предложили способ производить сталь с использованием водорода

Ученые из Университета Саламанки в Испании предложили способ производить сталь с использованием только возобновляемых источников энергии и водорода. Для этого они разработали модель энергетического комплекса, который сочетает солнечные и ветровые электростанции с несколькими системами хранения энергии. Расчеты показали, что такая схема способна обеспечивать металлургический завод электричеством и водородом круглый год без использования угля, нефти и природного газа.
Сталелитейная отрасль считается одной из самых сложных для снижения углеродного следа, на нее приходятся около 7% мировых выбросов CO₂. В настоящее время для выплавки стали в основном используют уголь и кокс. Они не только дают энергию, но и помогают извлекать железо из руды.
Одной из главных альтернатив считается технология прямого восстановления железа водородом, который заменяет уголь и связывает кислород, содержащийся в руде. Образующееся в результате железо переплавляют в электродуговой печи.
Но у этого подхода есть серьезная проблема. Для производства водорода требуется большое количество электроэнергии. Чтобы решить эту задачу, ученые предложили объединить несколько технологий. Электричество вырабатывают солнечные панели и ветряные турбины. Часть энергии сразу идет на нужды завода, а излишки используются для получения водорода из воды методом электролиза. Для хранения запасов энергии ученые предусмотрели аккумуляторы, резервуары со сжатым водородом и жидкие органические носители водорода, способные накапливать его в химически связанном виде. Эти жидкости позволяют создавать сезонные запасы энергии. Летом, когда солнечные электростанции вырабатывают избыток электричества, водород накапливается в жидком носителе. Зимой его можно снова извлечь и использовать для работы металлургического предприятия.
Ученые смоделировали работу такой системы для металлургического завода мощностью 1 млн. тонн стали в год и провели расчеты для 48 провинций материковой Испании. Это позволило сравнить, как разные климатические условия влияют на работу комплекса.
Выяснилось, что регионы с большим количеством ветра имеют заметное преимущество. Хотя ветер меняется от часа к часу, его выработка обычно меньше зависит от времени года, чем солнечная энергетика. В солнечных районах ситуация обратная. Чтобы пережить зиму, приходится создавать большие запасы водорода и строить больше генерирующих мощностей.
При этом расчеты показали еще одну особенность. Чтобы гарантировать бесперебойную работу завода исключительно за счет возобновляемой энергии, солнечных панелей и ветроэнергетики, приходится строить значительно больше, чем требуется в среднем. Из-за этого в отдельные периоды возникает огромный избыток электроэнергии. В некоторых сценариях его объем почти в пять раз превышал годовые потребности самого предприятия. Такую энергию можно будет направлять на производство химической продукции, синтетического топлива или других полезных веществ.
Пока главным препятствием остается стоимость. Затраты на электричество и водород для производства "зеленой" стали составляют примерно 500-600 евро на тонну продукции. Основную часть расходов формируют солнечные электростанции и оборудование для получения водорода. По мере развития технологий их стоимость будет снижаться, поэтому в долгосрочной перспективе предложенное решение может стать конкурентоспособной альтернативой существующим методам.