Превращая осадок сточных вод в биоуголь и зеленый водород, исследователи, финансируемые ЕС, помогают снизить воздействие сталелитейной промышленности на окружающую среду.
Том Кассоверс
То, что выходит из наших очистных сооружений, возможно, не очень привлекательно, но настоящая проблема заключается в том, что остается после очистки воды. Установки очистки сточных вод производят жидкий осадок, который обычно высушивают, а затем сжигают или выбрасывают. Это дорого, загрязняет окружающую среду и долгое время считалось расточительством.
Группа исследователей, финансируемых ЕС, видит это по-другому. Они утверждают, что этот осадок может стать маловероятным союзником в борьбе с изменением климата — сырьем для производства водорода и углерода, необходимых для производства более экологичной стали.
«Этот осадок имеет ценность, это не просто отходы», — сказал Дэвид Кьярамонти, профессор энергетических систем, экономики энергетики и биоэкономики Политехнического университета Турина в Италии. «С его помощью мы можем создавать такие вещи, как углерод и водород».
Кьярамонти возглавляет финансируемую ЕС исследовательскую инициативу под названием H2STEEL, которая объединяет ученых и экспертов сталелитейной промышленности из Франции, Италии, Нидерландов, Испании и Великобритании. Их цель — разработать процесс извлечения полезных материалов из осадка сточных вод, чтобы их можно было использовать повторно и помочь снизить выбросы сталелитейной промышленности.
Производство стали необходимо для всего: от самолетов и автомобилей до зданий и ветряных турбин. Это также является основной движущей силой изменения климата.
Согласно отчету Международного энергетического агентства за 2023 год, только на сталелитейный сектор приходится 8% мировых выбросов CO2. Для сравнения, авиационная промышленность выбрасывает около 2,5% мировых выбросов CO2.
Сократить эти выбросы особенно сложно. Производство стали сложное и обычно требует использования ингредиентов, богатых углеродом, которые неизбежно выделяют парниковые газы. Это делает эту отрасль промышленности одной из самых трудных для декарбонизации и одной из самых дорогих в трансформации.
Традиционные методы производства стали сталкиваются с растущим давлением цен на выбросы углерода по всей Европе в рамках системы торговли выбросами ЕС. Согласно рыночным прогнозам, к 2030 году цены на углерод могут достичь 120–150 евро за тонну CO2, что потенциально приведет к значительным затратам на тонну произведенной стали.
Для мирового рынка стали стоимостью более 2,5 триллионов евро в год поиск доступных альтернатив с низким уровнем выбросов углерода является актуальным.
Именно здесь на помощь приходит H2STEEL. «Это хороший пример экономики замкнутого цикла», — сказал Кьярамонти. «Мы берем малоиспользуемый ресурс, осадок сточных вод, и снова делаем его полезным».
Этот процесс состоит из двух основных этапов. Во-первых, ил нагревается без кислорода для получения биоугля в процессе, называемом «карбонизация». Затем метан биогазовых установок перерабатывается с использованием этого биоугля в качестве катализатора для производства водорода.
В ходе этого процесса биоуголь становится еще богаче углеродом, что делает его ценным для производства стали. Другой побочный продукт, фосфор, отделяется для использования в удобрениях.
Оба продукта – водород и богатый углеродом биоуголь – могут помочь сделать сталь чище. Традиционное производство стали сжигает уголь с железной рудой, выделяя CO2. Благодаря подходу H2STEEL водород может заменить часть угля. Между тем, биоуголь заменяет обычный уголь, превращая отходы в полезный промышленный продукт.
В настоящее время команда строит в Турине обрабатывающую машину высотой 4 метра, чтобы продемонстрировать эту технологию. «Мы разбиваем биометан на углерод и водород, используя карбонизированный ил при температуре 900°C», — объяснил Кьярамонти. «Вот как мы превращаем его в биоуголь и циркулирующий водород».
Официальных результатов по проекту, который завершится в марте 2026 года, пока нет, но потенциал значителен.
Декарбонизация стали привлекает интенсивные исследовательские усилия, от электрических печей до процессов на основе водорода. Подход H2STEEL, основанный на осадке, может стать частью этой более широкой трансформации.
«Эта технология очень гибкая», — сказал Ян Винке, руководитель группы по устойчивому углероду в исследовательском центре сталелитейной компании ArcelorMittal в Мезьере, на севере Франции.
ArcelorMittal со штаб-квартирой в Люксембурге является вторым по величине производителем стали в мире.
Компания также является партнером проекта H2STEEL и надеется, что сможет использовать разрабатываемую технологию на своих сталелитейных заводах.
«Независимо от того, используем ли мы водородную или электрическую печь, в наших процессах нам все равно понадобятся такие ингредиенты, как углерод и водород», — сказал Винке.
«Благодаря этой технологии мы уже сейчас можем сократить выбросы, и она будет полезна в будущем».
Среди других партнеров — Лейденский университет в Нидерландах и Имперский колледж Лондона.
Одним из самых больших преимуществ H2STEEL является скорость. Если испытания пройдут успешно, технология может быть внедрена в течение нескольких лет – необычно быстро для отрасли, где изменения инфраструктуры часто занимают десятилетия.
Тем не менее, проблемы остаются. «Нам необходимо сохранить шлам, переработать его и доставить на сталелитейные заводы», — сказал Кьярамонти. Решающее значение будут иметь налаживание цепочек поставок и минимизация затрат.
ArcelorMittal, которая стремится к 2050 году стать углеродно-нейтральной, внимательно за этим следит. «Это отличная технология для сталелитейной промышленности, но она должна доказать свою эффективность с экономической точки зрения», — сказал Винке.
Патент уже находится на рассмотрении, и партнеры с нетерпением ждут результатов от демонстратора. «То, что мы делаем, выглядит очень многообещающе», — сказал Кьярамонти. «Теперь вопрос в том, чтобы сделать последние шаги».
В случае успеха H2STEEL может стать большим, чем просто техническим прорывом. Превращая отходы в ценное сырье, он воплощает в себе принципы экономики замкнутого цикла, помогая Европе оставаться конкурентоспособной и приближаясь к своим целям с нулевым уровнем выбросов.
Эта статья была первоначально опубликована в Horizon, журнале исследований и инноваций ЕС.
