Μετατρέποντας τη λάσπη λυμάτων σε βιοάνθρακα και πράσινο υδρογόνο, ερευνητές που χρηματοδοτούνται από την ΕΕ συμβάλλουν στη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων της χαλυβουργίας.
Του Tom Cassauwers
Αυτό που βγαίνει από τις μονάδες επεξεργασίας λυμάτων μας μπορεί να μην είναι πολύ ελκυστικό, αλλά το πραγματικό πρόβλημα είναι τι μένει πίσω μετά την επεξεργασία του νερού. Οι εγκαταστάσεις λυμάτων παράγουν μια υγρή λάσπη που συνήθως ξηραίνεται και στη συνέχεια καίγεται ή απορρίπτεται. Αυτό είναι δαπανηρό, ρυπογόνο και θεωρείται από καιρό σπάταλο.
Μια ομάδα ερευνητών που χρηματοδοτούνται από την ΕΕ το βλέπει διαφορετικά. Αυτή η λάσπη, υποστηρίζουν, θα μπορούσε να γίνει ένας απίθανος σύμμαχος στην καταπολέμηση της κλιματικής αλλαγής – μια πρώτη ύλη για την παραγωγή του υδρογόνου και του άνθρακα που απαιτούνται για την παραγωγή πιο πράσινου χάλυβα.
«Αυτή η λάσπη έχει αξία, δεν είναι απλώς απόβλητα», δήλωσε ο David Chiaramonti, καθηγητής ενεργειακών συστημάτων, ενεργειακής οικονομίας και βιοοικονομίας στο Πολυτεχνείο του Τορίνο στην Ιταλία. «Με αυτό μπορούμε να δημιουργήσουμε πράγματα όπως άνθρακα και υδρογόνο».
Η Chiaramonti ηγείται μιας ερευνητικής πρωτοβουλίας που χρηματοδοτείται από την ΕΕ με την ονομασία H2STEEL, η οποία συγκεντρώνει ακαδημαϊκούς και ειδικούς της βιομηχανίας χάλυβα από τη Γαλλία, την Ιταλία, την Ολλανδία, την Ισπανία και το Ηνωμένο Βασίλειο. Στόχος τους είναι να σχεδιάσουν μια διαδικασία για την εξαγωγή των χρήσιμων υλικών από τη λυματολάσπη, ώστε να μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν και να συμβάλουν στη μείωση των εκπομπών της χαλυβουργίας.
Η παραγωγή χάλυβα είναι απαραίτητη για τα πάντα, από αεροπλάνα και αυτοκίνητα μέχρι κτίρια και ανεμογεννήτριες. Είναι επίσης ένας σημαντικός μοχλός της κλιματικής αλλαγής.
Σύμφωνα με έκθεση του Διεθνούς Οργανισμού Ενέργειας του 2023, ο τομέας του χάλυβα από μόνος του ευθύνεται για το 8% των παγκόσμιων εκπομπών CO2. Συγκριτικά, η αεροπορική βιομηχανία εκπέμπει περίπου το 2,5% των παγκόσμιων εκπομπών CO2.
Η μείωση αυτών των εκπομπών είναι ιδιαίτερα δύσκολη. Η κατασκευή χάλυβα είναι πολύπλοκη και τυπικά απαιτεί συστατικά πλούσια σε άνθρακα, τα οποία αναπόφευκτα απελευθερώνουν αέρια του θερμοκηπίου. Αυτό την καθιστά μια από τις πιο δύσκολες βιομηχανίες για απαλλαγή από τον άνθρακα – και έναν από τους πιο δαπανηρούς για μετασχηματισμό.
Οι παραδοσιακές μέθοδοι παραγωγής χάλυβα αντιμετωπίζουν αυξανόμενες πιέσεις για την τιμολόγηση του άνθρακα σε ολόκληρη την Ευρώπη στο πλαίσιο του συστήματος εμπορίας εκπομπών της ΕΕ. Σύμφωνα με τις προβλέψεις της αγοράς, οι τιμές του άνθρακα θα μπορούσαν να φτάσουν τα 120-150 ευρώ ανά τόνο CO2 έως το 2030, προσθέτοντας δυνητικά σημαντικό κόστος ανά τόνο παραγόμενου χάλυβα.
Για μια παγκόσμια αγορά χάλυβα αξίας άνω των 2,5 τρισεκατομμυρίων ευρώ ετησίως, η εύρεση προσιτών εναλλακτικών λύσεων χαμηλών εκπομπών άνθρακα είναι επείγουσα.
Εδώ έρχεται η H2STEEL. «Είναι ένα καλό παράδειγμα της κυκλικής οικονομίας», είπε ο Chiaramonti. «Παίρνουμε έναν ελάχιστα χρησιμοποιημένο πόρο, τη λάσπη λυμάτων και τον κάνουμε ξανά χρήσιμο».
Η διαδικασία λειτουργεί σε δύο βασικά βήματα. Πρώτον, η λάσπη θερμαίνεται χωρίς οξυγόνο για να δημιουργηθεί βιοάνθρακας, σε μια διαδικασία που ονομάζεται «ανθρακοποίηση». Στη συνέχεια, το μεθάνιο από τις μονάδες βιοαερίου υποβάλλεται σε επεξεργασία χρησιμοποιώντας αυτόν τον βιοάνθρακα ως καταλύτη για την παραγωγή υδρογόνου.
Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, ο βιοάνθρακας γίνεται ακόμη πιο πλούσιος σε άνθρακα, καθιστώντας τον πολύτιμο για την παραγωγή χάλυβα. Ένα άλλο υποπροϊόν, ο φώσφορος, διαχωρίζεται για χρήση σε λιπάσματα.
Και οι δύο εκροές – υδρογόνο και πλούσιος σε άνθρακα βιοάνθρακας – θα μπορούσαν να βοηθήσουν να γίνει ο χάλυβας καθαρότερος. Η παραδοσιακή χαλυβουργία καίει άνθρακα με σιδηρομετάλλευμα, απελευθερώνοντας CO2. Με την προσέγγιση του H2STEEL, το υδρογόνο μπορεί να αντικαταστήσει μέρος αυτού του άνθρακα. Εν τω μεταξύ, ο βιοάνθρακας υποκαθιστά τον κανονικό άνθρακα, μετατρέποντας τα απόβλητα σε χρήσιμη βιομηχανική εισροή.
Η ομάδα κατασκευάζει τώρα μια μηχανή επεξεργασίας ύψους 4 μέτρων στο Τορίνο για να επιδείξει την τεχνολογία. «Διασπάμε το βιομεθάνιο σε άνθρακα και υδρογόνο χρησιμοποιώντας την απανθρακωμένη λάσπη στους 900°C», εξήγησε ο Chiaramonti. «Έτσι το μετατρέπουμε σε βιοάνθρακα και κυκλικό υδρογόνο».
Τα επίσημα αποτελέσματα δεν είναι ακόμη διαθέσιμα για το έργο, το οποίο θα ολοκληρωθεί τον Μάρτιο του 2026, αλλά οι δυνατότητες είναι σημαντικές.
Η απανθρακοποίηση του χάλυβα προσελκύει έντονες ερευνητικές προσπάθειες, από ηλεκτρικούς κλιβάνους έως διεργασίες με βάση το υδρογόνο. Η προσέγγιση της H2STEEL που βασίζεται στη λάσπη θα μπορούσε να ενσωματωθεί σε αυτόν τον ευρύτερο μετασχηματισμό.
«Αυτή η τεχνολογία είναι πολύ ευέλικτη», δήλωσε ο Jan Wiencke, επικεφαλής της ομάδας για βιώσιμο άνθρακα στο ερευνητικό κέντρο της χαλυβουργίας ArcelorMittal στο Maizières, στη βόρεια Γαλλία.
Με έδρα το Λουξεμβούργο, η ArcelorMittal είναι ο δεύτερος μεγαλύτερος παραγωγός χάλυβα στον κόσμο.
Η εταιρεία είναι επίσης εταίρος στο έργο H2STEEL και ελπίζει να μπορέσει να χρησιμοποιήσει την τεχνολογία που αναπτύσσεται στα χαλυβουργεία της.
«Είτε χρησιμοποιούμε φούρνο υδρογόνου είτε ηλεκτρικό, θα χρειαζόμαστε ακόμα συστατικά όπως άνθρακα και υδρογόνο στις διαδικασίες μας», είπε ο Wiencke.
«Με αυτήν την τεχνολογία μπορούμε ήδη να μειώσουμε τις εκπομπές ρύπων τώρα και θα συνεχίσει να είναι χρήσιμη στο μέλλον».
Άλλοι συνεργάτες περιλαμβάνουν το Πανεπιστήμιο Leiden στην Ολλανδία και το Imperial College του Λονδίνου.
Ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα του H2STEEL είναι η ταχύτητα. Εάν οι δοκιμές επιτύχουν, η τεχνολογία θα μπορούσε να κυκλοφορήσει μέσα σε λίγα χρόνια – ασυνήθιστα γρήγορα σε έναν κλάδο όπου οι αλλαγές υποδομής συχνά χρειάζονται δεκαετίες.
Ωστόσο, οι προκλήσεις παραμένουν. «Πρέπει να ασφαλίσουμε τη λάσπη, να τη μεταμορφώσουμε και να την παραδώσουμε στα χαλυβουργεία», είπε ο Chiaramonti. Η δημιουργία αλυσίδων εφοδιασμού και η ελαχιστοποίηση του κόστους θα είναι ζωτικής σημασίας.
Η ArcelorMittal, η οποία στοχεύει να είναι ουδέτερη από άνθρακα έως το 2050, παρακολουθεί στενά. "Αυτή είναι μια εξαιρετική τεχνολογία για τη βιομηχανία χάλυβα, αλλά πρέπει να αποδειχθεί οικονομικά", δήλωσε ο Wiencke.
Ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας εκκρεμεί ήδη και οι εταίροι είναι πρόθυμοι να δουν τα αποτελέσματα από τον επίδειξη. «Αυτό που κάνουμε φαίνεται πολλά υποσχόμενο», είπε ο Chiaramonti. «Τώρα είναι θέμα να κάνουμε τα τελευταία βήματα».
Εάν πετύχει, το H2STEEL θα μπορούσε να προσφέρει κάτι περισσότερο από μια τεχνική ανακάλυψη. Μετατρέποντας τα απόβλητα σε πολύτιμες πρώτες ύλες, ενσωματώνει τις αρχές της κυκλικής οικονομίας, βοηθώντας την Ευρώπη να παραμείνει ανταγωνιστική ενώ πλησιάζει τους καθαρούς μηδενικούς στόχους της.
Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στο Horizon, το EU Research and Innovation Magazine.
