Gửi bình luận
Viện Chiến lược Phát triển Kinh tế số
Ngành công nghiệp luyện thép đang phải đối mặt với áp lực ngày càng tăng trong việc giảm tác động đến môi trường. Một bước quan trọng trong quá trình khử cacbon cho thép là loại bỏ nhiên liệu hóa thạch bằng hydro xanh trong mọi giai đoạn sản xuất.
Vào tháng 9 năm 2023, nhà sản xuất thép Thụy Điển Ovako đã mở nhà máy đầu tiên trên thế giới sản xuất hydro không hóa thạch để nung thép trước khi cán. Đây là một bước tiến quan trọng giúp công ty đạt được các mục tiêu đầy tham vọng về tương lai bền vững.
Hành trình hydro bắt đầu tại Hofors
Nhà máy hydro mới nằm tại nhà máy thép Hofors, cách Stockholm khoảng 200 km về phía bắc. Địa điểm này có lịch sử lâu đời về sản xuất sắt và thép, bắt đầu từ năm 1549 và bắt đầu chuyển sang khử cacbon vào năm 1930 với việc lắp đặt lò hồ quang điện (EAF) đầu tiên.
Theo thời gian, nhà máy đã loại bỏ lò cao cuối cùng vào năm 1977 và chuyển đổi lò nung thép sang oxyfuel (hỗn hợp khí dầu mỏ hóa lỏng và oxy) vào năm 1995. Nỗ lực điện khí hóa bắt đầu nghiêm túc vào năm 2012 cho các lò xử lý nhiệt của nhà máy, sau đó là tuyên bố về khí hậu đã được xác nhận vào năm 2018. Các biện pháp này đã giúp Ovako đạt được lượng khí thải carbon thấp hơn 80% khi so sánh từ đầu đến cuối với mức trung bình của ngành trên toàn cầu.
Việc khử cacbon trong sản xuất thép dựa vào điện khí hóa để đáp ứng nhiệt độ cao cần thiết cho quá trình nấu chảy, tạo hình nóng và xử lý nhiệt. Tại Hofors, các xưởng nấu chảy và lò xử lý nhiệt hiện sử dụng điện không chứa nhiên liệu hóa thạch, giúp giảm đáng kể lượng khí thải.
Thách thức còn lại là các lò nung, đạt nhiệt độ 1.200°C bằng nhiên liệu hóa thạch như khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) để nung thép đến nhiệt độ cần thiết cho cán nóng. Sản xuất hydro thông qua quá trình điện phân nước cung cấp một hình thức điện khí hóa gián tiếp cho các lò nung, hoàn toàn bỏ qua nhu cầu về nhiên liệu hóa thạch.
Đây là lúc nhà máy hydro xuất hiện. Nhà máy Hofors hiện đang vận hành một máy điện phân công suất 20 MW, một trong những nhà máy lớn nhất châu Âu, có khả năng sản xuất 3.880 mét khối hydro mỗi giờ, cùng với oxy. Bằng cách sử dụng hydro không hóa thạch, nhà máy có tiềm năng giảm lượng khí thải carbon của địa điểm này xuống 20.000 tấn mỗi năm.
Thử nghiệm cho thấy tiềm năng
Quyết định chuyển sang sử dụng hydro theo sau một dự án hợp tác với công ty khí đốt Linde Gas AB, nơi một thử nghiệm quy mô đầy đủ đã chứng minh việc sử dụng hydro để làm nóng thép trước khi cán trong môi trường sản xuất. Ovako đã tiến hành các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đầu tiên sử dụng hydro để làm nóng thép để cán vào năm 2019. Một năm sau, quy trình này đã được thử nghiệm trong các lò nung thực tế và đạt được thành công lớn.
Thử nghiệm tại nhà máy Hofors cho thấy hydro có thể được sử dụng dễ dàng và hiệu quả để làm nóng thép. Quan trọng nhất là việc chuyển sang sử dụng hydro không ảnh hưởng đến chất lượng của thép. Với những kết quả này, rõ ràng là có thể đưa hệ thống sưởi ấm bằng hydro vào lò cán trong điều kiện phù hợp, giúp giảm thêm lượng khí thải carbon trong quá trình sản xuất thép.
Lấy nước từ nguồn cung cấp tại địa phương
Máy điện phân được đặt gần các lò tại Hofors, cho phép quá trình sản xuất hydro được coi là “vay mượn” nước trong thời gian ngắn. Nhà máy lấy nước từ nguồn cung cấp tại địa phương và tách thành hydro và oxy. Sau đó, chúng được kết hợp lại để tạo ra oxyfuel, được đưa vào lò. Khi đốt cháy, oxyfuel trở lại thành nước. Phương pháp này chỉ cần lưu trữ vài phút để làm đệm cho những biến động trong sản xuất và nhu cầu.
Hệ thống có nhiều thành phần khác nhau, bao gồm chính máy điện phân, máy lọc, bể chứa, máy nén, đường ống và thiết bị điện như máy biến áp và bộ chỉnh lưu. Một hệ thống điều khiển thông minh cũng đã được phát triển để chuyển đổi trơn tru giữa hydro và propan (LPG) oxyfuel. Trước khi nhà máy đi vào hoạt động, các chuyên gia của Ovako đã tiến hành nhiều thử nghiệm mở rộng để đảm bảo tất cả các bộ phận của hệ thống hoạt động chính xác.
Có nhiều lợi ích hơn
Dự án này dựa vào sự hợp tác với một số đối tác chính về cả tài trợ và chuyên môn kỹ thuật. Cơ quan Năng lượng Thụy Điển đã cung cấp hỗ trợ tài chính thông qua sáng kiến Giảm phát thải cacbon trong công nghiệp, được hỗ trợ bởi EU, một phần của chương trình EU Thế hệ tiếp theo nhằm thúc đẩy một châu Âu bền vững hơn.
Về mặt kỹ thuật và vận hành, Hitachi Energy và Nel Hydrogen đã đóng góp chuyên môn của mình để thúc đẩy nhà máy cung cấp nhiên liệu cho lò nung và hỗ trợ sự ổn định của lưới điện.
Những cộng tác viên khác trong dự án bao gồm Volvo Group và Stegra (trước đây là H2 Green Steel), cả hai đều đang nỗ lực mở rộng việc sử dụng hydro. Volvo, thông qua quan hệ đối tác với Daimler Trucks, đang sử dụng bài học từ Hofors để khám phá cách hydro có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho phương tiện giao thông đường bộ không phát thải. Trong khi đó, Stegra đang sử dụng kinh nghiệm của dự án để hướng dẫn các nỗ lực của riêng mình nhằm sản xuất thép phát thải thấp chạy bằng hydro.
Nhiệt dư thừa từ nhà máy cũng đang được sử dụng để sưởi ấm khu vực.
Một phần của kế hoạch môi trường rộng hơn
Tính bền vững của môi trường từ lâu đã là trọng tâm trong hoạt động của Ovako, với trọng tâm là giảm lượng khí thải carbon trong sản xuất thép. Kể từ tháng 1 năm 2022, các sản phẩm đã được sản xuất bằng các phương pháp trung hòa carbon, với lượng khí thải còn lại được bù đắp thông qua các khoản tín dụng carbon đã được xác minh.
Điểm khác biệt của Ovako là công ty chỉ dựa vào phế liệu thép làm nguyên liệu thô, thay vì khai thác quặng sắt. Cách tiếp cận này tận dụng khả năng tái chế vô thời hạn của thép mà không ảnh hưởng đến chất lượng của thép.
Với công suất 20 MW, nhà máy điện phân kiềm, bao gồm tám ngăn xếp điện phân, có khả năng sản xuất 3.880 m³ hydro mỗi giờ, cùng với oxy.
Được tạo ra như một dự án dẫn đường, nhà máy chứng minh tiềm năng tạo ra nhiệt công nghiệp chất lượng cao hoàn toàn không sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Với việc lắp đặt tám máy điện phân kiềm, nhà máy đã tạo ra tiền lệ giảm 50% lượng khí thải CO₂ so với mức hiện tại.
Tương lai của sản xuất thép
Nhà máy hydro tại Hofors chỉ là sự khởi đầu. Mục tiêu của tiếp theo là triển khai sản xuất hydro tại địa phương tại tất cả các cơ sở của Ovako nơi cán thép vào năm 2030, miễn là có đủ nguồn điện không hóa thạch để hỗ trợ quá trình điện phân.
Bắt đầu từ một ý tưởng chỉ khả thi trên lý thuyết và kết thúc bằng một giải pháp thực tế có tiềm năng giảm đáng kể lượng khí thải carbon. Tiềm năng của công nghệ hydro trong ngành là rất lớn. Nếu nhiều nhà máy thép và các ngành công nghiệp khác trên thế giới áp dụng giải pháp này, có thể giúp giảm được 300 triệu tấn carbon dioxide mỗi năm.
