Зеленый водород в металлургии: перспективы DRI для железа

[Liza]

Зеленый водород меняет правила в металлургии. Он позволяет восстанавливать железо без кокса и огромных выбросов CO₂. Это прямое восстановление железа, или DRI, — технология будущего для производства чистой стали.

Традиционные доменные печи выбрасывают тонны углерода, а DRI с водородом дает водяной пар вместо газа. Это решает проблему декарбонизации и снижает зависимость от угля. В статье разберем, как это работает, примеры из мира и что ждет отрасль.

Что такое прямое восстановление железа и роль зеленого водорода

Прямое восстановление железа (DRI) — это процесс, где оксиды железа из руды или окатышей восстанавливают газами при 900–1100 °C. В отличие от доменной плавки, здесь нет кокса: вместо него используют природный газ с CO и H₂ или чистый водород. Реакция проста — водород отбирает кислород от Fe₂O₃, образуя металл и H₂O.

Зеленый водород получают электролизом воды на возобновляемой энергии — солнце или ветер. Это делает весь цикл углеродно-нейтральным. В Европе и Индии уже тестируют такие установки. Например, в Швеции проект Hybrit производит сталь без CO₂. А в Австрии и Германии пилоты работают на 100% H₂. Технология снижает выбросы на 90–100%, но требует дешевой энергии и инфраструктуры.

• Преимущества DRI с H₂:
  • Нулевые прямые выбросы CO₂ при зеленом водороде.
  • Чистое железо без серы и фосфора из кокса.
  • Меньше энергии: около 1000 м³ H₂ на тонну железа.
  • Гибкость: модульные установки подходят для малых заводов.

Параметр	Традиционная домна	DRI на природном газе	DRI на зеленом H₂
Выбросы CO₂, т/т стали	1,8–2,0	0,5–0,7	~0
Топливо	Кокс, уголь	Газ (CO+H₂)	H₂ из электролиза
Чистота железа	Средняя (примеси)	Высокая	Максимальная

Реальные проекты и примеры внедрения

Мир уже двигается к водородной металлургии. В Индии JSW Energy запустила завод зеленого H₂ именно для DRI на сталелитейном комбинате JSW Steel. Это прямые поставки газа на установку восстановления. В Европе H2 Green Steel строит фабрику в Швеции на 2,5 млн т стали в год с нулевым углеродом.

В России технология проникает медленно, но есть планы. Производители оборудования, как HAVER NIAGARA, предлагают чашевые окомкователи для окатышей под DRI. Они повышают содержание Fe и снижают выбросы. SALCOS от ThyssenKrupp в Германии переходит на H₂, цель — 100% зеленая сталь к 2030. Проблема в цене: H₂ в 4–5 раз дороже газа, но с ростом ВИЭ цена падает.

• Ключевые проекты:
  • Hybrit (Швеция): Первая зеленая сталь в 2021, масштабирование к 2026.
  • SALCOS (Германия): DRI на H₂ для 5 млн т/год.
  • JSW (Индия): Интеграция H₂ с DRI на месте.
  • ArcelorMittal (Австрия): Пилот на 100% H₂.

Эксперименты показывают: при 50–60 кг H₂ на тонну стали процесс стабилен. Но нужны реформеры для газа и реакторы шахтного типа.

Преимущества и вызовы для металлургии

DRI с зеленым водородом дает зеленую сталь — чистую, дешевую в долгосрочке и экологичную. Нет нужды в агломерации, коксовании или домнах — основные источники CO₂. Металл идет прямо в электропечи (EAF), где переплавляется с минимумом примесей. Это снижает зависимость от кокса, цена которого растет.

Но есть вызовы. Водород дорог и требует сетей хранения — он взрывоопасен. Электролиз жрет много энергии: для 1 т H₂ нужно 50–60 МВт·ч. В ЕС планируют 15–20% водорода в металлургии к 2030. В России ветровые фермы в Калининграде готовят базу. Инжиниринг эволюционирует: новые установки исключают углеводороды полностью.

Вызов	Решение
Цена H₂	Масштаб ВИЭ и электролизеры
Инфраструктура	Модульные DRI-реакторы
Масштаб	Пилоты → коммерческие (2–5 млн т/год)

• Экономика:
  • Снижение затрат на 20–30% без кокса.
  • Экспорт зеленой стали — премиум-рынок.
  • Интеграция с ВИЭ для нулевого следа.

Взгляд в масштабе: что определяет успех

Зеленый водород в DRI — это не фантазия, а рабочая схема с пилотами по миру. Технология готова, вопрос в масштабе и энергии. Осталось развить цепочки поставок H₂ и стандарты для стали.

К 2030 ждем 10–20% рынка на H₂-DRI. В России фокус на оборудовании и ВИЭ — это шанс для локальных игроков. Стоит присмотреться к модульным установкам и партнерствам с энергетиками.