Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия:

И. В. Буторина, доцент, профессор, докт. техн. наук, эл. почта: butorina_irina@mail.ru

А. В. Семенча, директор, канд. хим. наук

ВОЕНМЕХ им. Д. Ф. Устинова, Санкт-Петербург, Россия:
М. В. Буторина, доцент

Ассоциация «Молодые металлурги», Красноярск, Россия:
А. А. Власов, председатель, канд. техн. наук

Приведен анализ известных способов декарбонизации процесса получения черных металлов. Показано, что наиболее эффективными способами уменьшения выбросов углекислого газа (СО₂) от металлургических предприятий в окружающую среду являются его сорбция из отходящих газов и замена углеродного топлива на водородное. Однако сорбционные способы улавливания СО₂ слишком затратны по причине высокой стоимости сорбентов и сопровождаются образованием большого количества отходов (4,5–8 т/т проката), под размещение которых необходимы большие площади. Отказ от аглодоменного производства и переход на передельную металлургию снизит углеродный след на 75 %, но из-за дефицита лома возможности этого способа ограничены. Переход на прямое получение железа при условии замены всех видов топлива на водородное снизит углеродный след на 90 %, при этом на производство 1 т проката по всему циклу потребуется 181 кг Н₂. Для обеспечения только сталелитейных компаний мира водородом придется увеличить существующие мощности как минимум в 5 раз. Получение водорода для нужд черной металлургии самым дешевым конверсионным способом повысит стоимость проката минимум на одну треть, а получение этого газа электролизом удвоит его стоимость. Для покрытия нужд металлургического комбината в части электроэнергии с учетом ее затрат на генерацию водорода необходимо создать электростанции, работающие на альтернативных источниках энергии — солнечных батареях и ветрогенераторах, под их размещение потребуются большие территории, изъятие которых из сельхозугодий проблематично. Декарбонизация производства черных металлов — задача сложная и высокозатратная, в связи с чем она может быть реализована только в долгосрочной перспективе.

1. European Parliament resolution of 10 March 2021 towards a WTOcompatible EU carbon border adjustment mechanism (2020/2043(INI)). URL: https://www.europarl.europa.eu/doceo/document/TA-9-2021-0071_EN.html (дата обращения: 02.07.2021).
2. Рогиненко С. А., Шевелев Л. Н. Парижское соглашение: новые вызовы для российской металлургии // Черные металлы. 2019. № 11. С. 59–66.
3. Рогиненко С. А. Трансграничный углеродный налог ЕС: хеджирование рисков // Черные металлы. 2021. № 10. C. 61–65. DOI: 10.17580/chm.2021.10.11.
4. Буторина И. В., Буторина М. В. Расчет углеродного показателя производства стального проката // Черные металлы. 2021. № 3. С. 53–60. DOI: 10.17580/chm.2021.03.09.
5. Шевелев Л. Н. Оценка экономической, энергетической и экологической эффективности производства чугуна и стали из рудоугольных брикетов в электросталеплавильном агрегате с использованием водородного топлива // Черная Металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2021. Т. 77. № 8. С. 918–924. DOI: 10.32339/0135-5910-2021-8-918-924.
6. Матковский П. Е., Седов И. В., Савченко В. И. и др. Технологии получения и переработки синтез-газа // Газохимия. 2011. Т. 19–20. № 3–4. С. 74–84.
7. Галькеева А. А., Мингалеева Г. Р. Сравнительный анализ теплотворной способности генераторных газов, полученных при газификации угольной пыли и водородноугольного топлива при различных режимных параметрах // Современная наука. Исследования, идеи, результаты и технологии. 2013. Т. 13. № 2. С. 74–77.
8. Ахметова В. Р., Смирнов О. В. Улавливание и хранение диоксида углерода — проблемы и перспективы // Башкирский химический журнал. 2020. Т. 27. № 3. C. 103–113.
9. Терпугов Д. Г., Акинин Н. И., Монахов А. А. Исследование улавливания углекислого газа в трубчатой колонне // Успехи химии и химических технологий. 2017. № 13. С. 81–83.
10. Купить моноэтаноламин оптом, цена от производителя (alhgr.ru). URL: https://alhgr.ru/catalog/bazovoe-syre/monoetanolamin/ (дата обращения: 28.02.2022).
11. Yousef Samy. Hydrogen as a clean and sustainable energy for green future // JVE Journals. 2021. Vol. 1, Iss. 1. P. 8–13.
12. Плещенко В. И. Перспективы перехода предприятий черной металлургии России к использованию безуглеродных технологий // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2021. Т. 77. № 8. С. 913–917. DOI: 10.32339/0135-5910-2021-8-913-917.
13. Алабушев Е. А., Берсенев И. С., Брагин В. В., Степанова А. А. Оценка рисков использования водорода взамен углеродсодержащих видов топлива в черной металлургии // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2021. Т. 77. № 8. С. 925–930. DOI: 10.32339/0135-5910-2021-8-925-930.
14. Kaihui Ma, Junyi Deng, Gang Wang, Qi Zhouet. Utilization and impacts of hydrogen in the ironmaking processes: a review from lab-scale basics to industrial practices // International Journal of Hydrogen Energy. 2021. Vol. 46, Iss. 4. P. 26646–26664.
15. Yanbiao Chen, Hai-bin Zuo. Review of hydrogen-rich ironmaking technology in blast furnace // Ironmaking and Steelmaking. 2021. Vol. 48. P. 749–768.
16. Производство электроэнергии. Альтернативная энергетика. Гидроэнергетика. Малая ГЭС (present5.com). URL: https://www.sciencedirect.com/science/book/9780444595669 (дата обращения : 28.02.2022).
17. Okolie J., Biswa R. P. et al. Futuristic applications of hydrogen in energy, biorefining, aerospace, pharmaceuticals and metallurgy // International Journal of Hydrogen Energy. 2021. Vol. 46. P. 8885–8905.
18. Cormos A.-M., Szima S., Fogarasi S., Cormos C.-C. Economic assessments of hydrogen production processes based on natural gas reforming with carbon capture // Chemical engineering transactions. 2018. Vol. 70. P. 1231–1236.

19. Adams T. A, Khojestah Y., Nease. J. Processes and simulations for solvent-based CO2 capture and syngas cleanup // Reactor and process design in sustainable energy technology. 2014. P. 163–231.
20. Жерлицин А. Г., Корженко Д. В., Шиян В. П. Получение водорода в СВЧ-разряде при атмосферном давлении // Газовая промышленность. 2017. № 11. C. 104–113.
21. Hart Peter W. Alternative «green» lime kiln fuels: Part II—Woody biomass, biooils, gasification, and hydrogen // Tappi Journal. 2020. Vol. 19. No. 5. P. 263–269.