Σε μια συνεδρία σεναρίων της TenneT για το φιλόδοξο έργο Target Grid για το 2050 η καθηγήτρια Heleen de Coninck, μιας από τις Ολλανδές εμπειρογνώμονες για τη βιομηχανική απανθρακοποίηση και την κλιματική αλλαγή, τόνισε την κρίσιμη σημασία του εντοπισμού κλιμακούμενων οδών όχι μόνο για ενέργεια και βιομηχανία μηδενικών εκπομπών άνθρακα, αλλά τελικά για αρνητικές εκπομπές, απομακρύνοντας ενεργά το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα.
Η παραγωγή του βιομεθανίου
Ο ηλεκτροφόρος άμεσος αναγμένος σίδηρος (DRI) με βάση το βιομεθάνιο είναι μια από τις πιο συναρπαστικές τεχνολογίες χαμηλών εκπομπών άνθρακα, ιδίως δεδομένης της δυνατότητάς του να επιτύχει όχι μόνο ουδέτερο ως προς τον άνθρακα αλλά και αρνητικό ως προς τον άνθρακα χάλυβα. Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές υψικάμινους, οι μονάδες DRI δεν βασίζονται σε άνθρακα και οπτάνθρακα, αλλά παράγουν σίδηρο απομακρύνοντας απευθείας το οξυγόνο από το σιδηρομετάλλευμα με αέρια πλούσια σε υδρογόνο.
Συνήθως, το φυσικό αέριο παρέχει αυτό το αναγωγικό αέριο, αλλά το βιομεθάνιο, το μεθάνιο που προέρχεται από ρεύματα αποβλήτων βιομάζας, είναι ένα ανανεώσιμο και χημικά πανομοιότυπο υποκατάστατο. Η ηλεκτρίζουσα θερμότητα διεργασίας βελτιώνει περαιτέρω την απόδοση, μειώνοντας τη συνολική ποσότητα αερίου που απαιτείται κατά 20% έως 25% και καθιστώντας τη διαδικασία ευκολότερη για πλήρη απανθρακοποίηση. Μετά τη δέσμευση θερμότητας, ένα καθαρό ρεύμα CO2 95% προέρχεται από το εργοστάσιο DRI σε θερμοκρασίες από 30° έως 60°, ιδανικό για δέσμευση για άλλες χρήσεις ή για δέσμευση.
Το παράδειγμα της Ολλανδίας
Στην Ολλανδία, η Tata διαθέτει ένα εργοστάσιο ειδικού χάλυβα κοντά στο Άμστερνταμ. Παράγει 6-7 εκατομμύρια τόνους χάλυβα υψηλής ποιότητας ετησίως, εξάγοντάς τον παγκοσμίως, καθώς και ικανοποιώντας τις απαιτήσεις υψηλής ποιότητας στην Ευρώπη. Είναι ένας τομέας υψηλών εκπομπών, αλλά υψηλής αξίας. Εξετάζοντας τους αριθμούς, τα μαθηματικά μου δείχνουν ότι θα παραχθούν περίπου 4,7 εκατομμύρια τόνοι βιογενούς.
Ο τομέας των θερμοκηπίων της Ολλανδίας καταναλώνει 5 εκατομμύρια τόνους CO2 ετησίως για να παράγει περίπου 1,6 εκατομμύρια τόνους προϊόντων. Υπενθυμίζεται ότι τα φυτά καταναλώνουν διοξείδιο του άνθρακα, κρατούν τον άνθρακα και επιστρέφουν το οξυγόνο, το βαρύτερο συστατικό, στην ατμόσφαιρα, εξ ου και η ανισορροπία μάζας.
Αυτή τη στιγμή, το 95% του CO2 προέρχεται από την καύση φυσικού αερίου σε συνδυασμένες γεννήτριες θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας στις εγκαταστάσεις, ενώ το υπόλοιπο προέρχεται μέσω αγωγών από βιοαιθανόλη και άλλες βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Αυτό είναι το μεγαλύτερο τμήμα ζήτησης για CO2 στη χώρα κατά τάξη μεγέθους.
Το χαλυβουργείο της Tata θα μπορούσε να παρέχει σχεδόν όλο το βιογενές CO2 που απαιτούν τα θερμοκήπια, εξαλείφοντας δύο πηγές εκπομπών CO2 στην Ολλανδία. Σε συνδυασμό με τη δέσμευση και την απομόνωση άλλου βιογενούς CO2, κυρίως από ζυμωτήρες βιοκαυσίμων από την οπτική μου γωνία, αυτό επιτρέπει αρνητικές εκπομπές.
Η τρέχουσα παραγωγή βιομεθανίου
Παρά αυτό το ελκυστικό δυναμικό, η ηλεκτροφόρηση βιομεθανίου DRI αντιμετωπίζει αρκετά πρακτικά εμπόδια. Πρώτα και κύρια είναι η τεράστια κλίμακα της απαιτούμενης παραγωγής βιομεθανίου. Η παραγωγή 200 έως 300 εκατομμυρίων τόνων χάλυβα ετησίως με ηλεκτροφόρηση βιομεθανίου σε DRI — το μισό έως τα τρία τέταρτα των προβλεπόμενων απαιτήσεων εφοδιασμού σε νέο χάλυβα — θα απαιτούσε μεταξύ 40 και 60 δισεκατομμυρίων κυβικών μέτρων βιομεθανίου ετησίως, υποθέτοντας βελτιωμένη απόδοση της διαδικασίας από την ηλεκτροδότηση.
Η τρέχουσα παγκόσμια παραγωγή βιομεθανίου ανέρχεται σε περίπου μόλις 7 δισεκατομμύρια κυβικά μέτρα ετησίως. Οι στόχοι REPowerEU της ΕΕ προβλέπουν κλιμάκωση σε 35 δισεκατομμύρια κυβικά μέτρα ετησίως έως το 2030, επαρκή τουλάχιστον για τη χαλυβουργία της Ευρώπης, μαζί με άλλους τομείς βιομηχανικής ζήτησης βιομεθανίου. Το μείγμα λύσεων που προτείνω περιλαμβάνει τη δέσμευση σημειακών πηγών ανθρωπογενούς βιομεθανίου και τη χρήση τους ως βιομηχανικές πρώτες ύλες όπου απαιτείται, όπως σε αυτό το παράδειγμα, καθώς και την τοποθέτησή τους σε στρατηγικά αποθέματα φυσικού αερίου για καταστάσεις dunkelflaute.
Τεχνολογικά, η ηλεκτροφόρηση βιομεθανίου σε DRI είναι απλή και βασίζεται απευθείας σε ώριμα υπάρχοντα συστήματα DRI όπως τα Midrex και Energiron. Η εναλλαξιμότητα του βιομεθανίου με το φυσικό αέριο σημαίνει ότι η υπάρχουσα υποδομή μπορεί να μεταβεί απρόσκοπτα και είναι TRL 9. Η ηλεκτροδότηση της παροχής θερμότητας είναι τεχνικά εφικτή και αποτελεί πολύ μεγαλύτερη απαίτηση σε συστήματα H2 DRI, αξιοποιώντας τον ηλεκτρικό εξοπλισμό θέρμανσης βιομηχανικής κλίμακας που είναι καθιερωμένος σε άλλους τομείς.
Πιλοτικά έργα και προκαταρκτικές επιδείξεις βρίσκονται σε εξέλιξη, αν και η πλήρης ανάπτυξη εκκρεμεί ακόμη μακροπρόθεσμη επιχειρησιακή επικύρωση. Η ενσωμάτωση ηλεκτρικών θερμαντήρων σε μονάδες DRI αντιπροσωπεύει ένα νέο αλλά διαχειρίσιμο βήμα προς τα εμπρός, τοποθετώντας το ηλεκτροφόρο βιομεθάνιο DRI σε σχετικά υψηλό επίπεδο τεχνολογικής ετοιμότητας σε σύγκριση με άλλες αναδυόμενες τεχνολογίες χαλυβουργίας.
Το κόστος παραγωγής
Οικονομικά, ωστόσο, η κατάσταση είναι πιο λεπτή. Το βιομεθάνιο επί του παρόντος έχει σημαντική αύξηση τιμής σε σχέση με το ορυκτό φυσικό αέριο. Χωρίς στοχευμένες επιδοτήσεις, τιμολόγηση άνθρακα ή αυστηρούς κανονισμούς, το βιομεθάνιο Η παραγωγή χάλυβα με βάση το ανθρακικό οξύ αντιμετωπίζει οικονομικές προκλήσεις, ιδίως σε περιοχές με άφθονα και φθηνά αποθέματα ορυκτών καυσίμων. Επιπλέον, η ηλεκτρισμένη θερμότητα διεργασίας, αν και αποτελεσματική, αυξάνει σημαντικά τις απαιτήσεις ηλεκτρικής ενέργειας των εγκαταστάσεων.
Ενώ το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές συνεχίζει να μειώνεται, η υψηλή κατανάλωση που εμπλέκεται στην παραγωγή χάλυβα σε βιομηχανική κλίμακα εξακολουθεί να μεταφράζεται σε σημαντικές επενδύσεις σε υποδομές και λειτουργικό κόστος. Επιπλέον, η απαίτηση του DRI για σιδηρομετάλλευμα υψηλής ποιότητας και χαμηλών προσμίξεων επιβάλλει περαιτέρω περιορισμούς στην παγκόσμια εφαρμογή. Η πρόσβαση σε κατάλληλα μεταλλεύματα, σε συνδυασμό με την εφοδιαστική αλυσίδα και το κόστος εμπλουτισμού του μεταλλεύματος, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στις συνολικές οικονομικές αξιολογήσεις.
Σημαντικές προοπτικές για το μέλλον
Λαμβάνοντας υπόψη το ευρύτερο τοπίο των τεχνολογιών πράσινου χάλυβα, η ηλεκτροφόρηση βιομεθανίου DRI παραμένει μόνο ένα κομμάτι ενός μεγαλύτερου παζλ. Η χαλυβουργία από ηλεκτρικό φούρνο τόξου (EAF), που τροφοδοτείται κυρίως από ανακυκλωμένα απορρίμματα, είναι αυτό που αναμένω να κυριαρχήσει στην παγκόσμια παραγωγή χάλυβα σε έναν κόσμο χωρίς άνθρακα, ειδικά καθώς η παγκόσμια ζήτηση χάλυβα μειώνεται με την επιβράδυνση της ανάπτυξης των υποδομών.
Ενώ καμία μεμονωμένη τεχνολογία απανθρακοποίησης χάλυβα δεν προσφέρει πανάκεια, η ηλεκτροδοτούμενη DRI βιομεθανίου έχει σημαντικές προοπτικές ως μέρος ενός ευρύτερου χαρτοφυλακίου συμπληρωματικών λύσεων. Ο χάλυβας αποτελεί σημαντικό πρόβλημα της κλιματικής αλλαγής και η ηλεκτροδοτούμενη DRI βιομεθανίου θα την καθιστούσε μέρος της λύσης.
www.worldenergynews.gr
