HYBRIT - en revolutionerande satsning

Järn- och stålindustrin står för 10% av Sveriges koldioxidutsläpp och 7% av de globala utsläppen. Den svenska stålindustrin är redan bland de mest klimateffektiva i världen men det räcker inte till i den gröna omställning som krävs inför framtiden. För att möta Sveriges klimatmål på netto noll-utsläpp vid 2045 krävs banbrytande teknik. Det är ett tufft mål som kräver investeringar, innovationskraft, beslutskraft och samarbete.

För att möta utmaningarna startade SSAB, LKAB och Vattenfall HYBRIT-initiativet 2016, med finansiellt stöd från Energimyndigheten. Målet är en samlad värdekedja för fossilfritt stål. Syftet är att revolutionera stålindustrin genom att ersätta fossila bränslen som olja, kol och koks. En förändrad användning av råvaror och förnybara bränslen kombinerat med fossilfri el ger minimerade utsläpp av koldioxid. Resultatet ska bli världens första fossilfria ståltillverkningsteknologi.

Gammal teknik och ny

På bilden visas två vägar för att tillverka stål – det traditionella sättet i masugn och det nya sättet med HYBRIT-teknik. 

  

Masugn

I gruvan bryts järnmalmen och görs om till pellets i ett verk som idag ofta drivs av fossila bränslen, och som därmed släpper ut koldioxid. Järnmalmspelletsen matas sedan in i masugnen tillsammans med koks, kalk och tillsatsämnen och smälts till råjärn. Den här delen av processen står för cirka 85% av hela värdekedjans utsläpp. Råjärnet blandas därefter med skrot och renas från kol med hjälp av syrgas, även det en process som bidrar till koldioxidutsläpp.

HYBRIT

I ståltillverkning med HYBRIT-teknik ska pelletiseringen i stället göras med fossilfria bränslen så att denna del av värdekedjan blir klimatneutral. Järnmalmen reduceras sedan med hjälp av vätgas istället för koks i en process som kallas direktreduktion och biprodukten blir då enbart vatten. Vätgasen produceras med fossilfri elektricitet. Den reducerade järnmalmen smälts till råstål i ljusbågsugn.

Många bitar ska falla på plats

Initiativet startades 2016 och under 2018 påbörjades byggnationen av en pilotanläggning i Luleå som står klar under 2020. Då inleds försök med direktreduktion av järnmalm med vätgas i pilotskala, samtidigt går vi in i nästa fas genom att inleda planeringen av den demonstrationsanläggning som är nästa steg i utvecklingen. Byggstart för demonstrationsanläggningen är tänkt till 2023 och målet är att ta den i drift 2025. Tanken är att kunna demonstrera en fullskalig produktion.

Hos LKAB Malmberget genomförs försök med pelletstillverkning med icke-fossila bränslen. Under 2021 bygger HYBRIT-initiativet en pilotanläggning för tillfällig lagring av vätgas i anslutning till pilotanläggning för direktreduktion i Luleå. Vätgaspiloten planeras drivas 2022-2024.

Målet är att bli först i världen med fossilfritt stål redan 2026.

Forskningsprojekt

HYBRIT utvecklar teknologi och värdekedja för vätgasbaserad järn- och stålframställning för en fossilfri framtid. Utvecklingsarbetet drivs med stöd av Energimyndigheten, och praktiska försök sker både i laboratorieskala och i pilotanläggningar som byggs eller modifieras för ändamålet.

 

Leverans av fossilfri el och effekterna på elsystemet

Delprojekt 1 värderar förutsättningarna för leverans av fossilfri el, bland att genom att simulera HYBRIT-konceptets effekter på elsystemet. Projektet ser även över möjligheterna att stödja omställningen till en fossilfri elproduktion genom att balansera systemet och säkerställa stabilitet i elnätet. Effekterna av installerad kapacitet för produktion och lagring av vätgas på produktionskostnad och flexibilitet är också faktorer som omfattas av delprojektet.

Partners i detta delprojekt är: Vattenfall med stöd av LKAB och SSAB.

Tillverkning och lagring av vätgas

Delprojekt 2 skapar förutsättningar för att utveckla en värdekedja för effektiv och säker produktion av vätgas. Från den förnybara energi som stoppas in till en säker, hållbar och kostnadseffektiv tillgång till vätgas för slutanvändarna. I detta ligger att undersöka förutsättningarna för produktion av vätgas i industriell skala för användning i värdekedjan för fossilfritt stål. En viktig beståndsdel för en kostnadseffektiv produktion och användning av vätgas är möjligheten att lagra den. Då ges möjlighet att producera vätgas när förhållandena för produktion är de bästa och använda den i takt med behovet. Projektet undersöker även frågor om materialval och lösningar för säker lagring under mark.

Partners i detta delprojekt är: Vattenfall och KTH.

Produktion av fossilfri järnmalmspellets

Delprojekt 3 skapar förutsättningar för en fossilfri produktion av järnmalmspellets. Projektet undersöker förutsättningar och effekter av olika upphettningsmetoder för att ersätta de fossila bränslen som används idag. Inom ramen för detta delprojekt värderas även möjligheterna att effektivisera energi- och råmaterialanvändning i hela systemet mellan pelletstillverkning och reduktion av järn.

Partners i detta delprojekt är: LKAB, Luleå tekniska universitet, SWERIM och RISE ETC med stöd av Vattenfall och SSAB.

Vätgasbaserad reduktion av järnmalm

Delprojekt 4 skapar förutsättningar för att reducera järnoxid i järnmalmen med vätgasbaserade tekniker, som ska ersätta dagens teknik som bygger på användning av kol och koks. Projektet undersöker påverkan av reduktionsgasens egenskaper och hanteringen av den så kallade järnsvamp som kommer ut från reduktionsprocessen.

Partners i detta arbete är: LKAB, KTH och Luleå tekniska universitet med stöd av SWERIM och RISE ETC.

Att producera stål av vätgasreducerad järnmalm

Delprojekt 5 skapar förutsättningar för att smälta järnsvampen i ljusbågsugn för vidare användning i ståltillverkningsprocessen. Projektet undersöker effekterna av hur olika komponenter i järnsvamp reagerar och kan hanteras, samt i vilken utsträckning dagens ljusbågsugnar behöver vidareutvecklas för denna nya produktionsprocess.

Partners i detta arbete är: SSAB och KTH med stöd från LKAB och Luleå tekniska universitet.

Förutsättningar för att möta marknaden

Delprojekt 6 skapar förutsättningarna för att ta resultaten från ord till handling i industriell skala. För att säkerställa detta krävs förändringar såväl i tekniska system och integrationer som i affärsmodeller. Projektet ser över marknadsförutsättningar och modeller för fossilfritt stål, genom kartläggning av de internationella energi- och stålmarknaderna och analyser av strategier för områden som energi, industri och klimat.

Partners i detta projekt är: Lunds universitet, Stockholm Environment Institute (SEI) och SWERIM med stöd och medverkan från SSAB, LKAB och Vattenfall.

Pilotanläggningarna

Försöken inom ramen för HYBRIT sker i större och mindre skala och i samverkan med många intressenter. Några områden har lett till ett behov av att bygga en särskild anläggning eller att förändra driften av en befintlig anläggning i större utsträckning. Inom HYBRIT finns huvudsakligen tre pilotanläggningar men pilotförsök pågår även i andra anläggningar och laboratorier.

Pilotanläggning 1 – DRI – vätgasbaserad reduktion i Luleå

Ett viktigt inslag i HYBRIT-konceptet är den pilotanläggning som byggs på Svartöns industriområde i Luleå. I pilotanläggningen tillverkas vätgas och vi genomför tester att producera metalliskt järn, s.k. järnsvamp via direktreduktion av järnmalmspellets med vätgasen. Detta görs med el som tillsammans med vatten huvudsakligen används för produktion av vätgas i större skala genom elektrolys.

Pilotanläggning 2 – Fossilfria pellets i Malmberget

Den fossilfria stålproduktionen startar i gruvan och LKAB arbetar intensivt för att utveckla nästa generations pelletsverk. Som en del tillav HYBRIT-konceptet genomför man försök med alternativa bränslen och nya upphettningstekniker. Målet är att gå från fossila bränslen till icke-fossila bränslen, i form av förnybara biobränslen. Att testa bioolja är en del av pilotfasen och målet är att ställa om ett av LKAB:s pelletsverk till 100-procent förnybart bränsle.

Pilotanläggning 3 – Vätgaslager i Luleå

För att säkerställa de rätta förutsättningarna för lagring av vätgas byggs ett pilotlager i Luleå. Vätgasen är en viktig byggsten för att förverkliga målet med en fossilfri järn- och ståltillverkning. I pilotanläggningen testas förutsättningarna för att lagra vätgas under markytan. Ett vätgaslager behövs i den slutgiltiga processen för att stabilisera energisystemet och säkra en kontinuerlig och kostnadseffektiv leverans av vätgas till reduktionsprocessen.

Pilotförsök i andra anläggningar

Vi genomför även pilotförsök hos andra intressenter som tillhandahåller sina anläggningar och sin kompetens. För att skapa förutsättningar för smältning av DRI och HBI genomför vi försök i ljusbågsugnen på SWERIM. På samma ställe genomför vi även pilotförsök i ECF-ugn för att komplettera försöken runt fossilfria pellets som sker med bioolja i Malmberget. I ETC-ugnen testas olika elektriska värmningsmetoder för att värma pellets. Inom ramen för dessa försök testat även uppvärmning med andra former av fossila bränslen.

Dessa pilotförsök sker på SWERIM i Luleå, i samarbete med LKAB och RISE ETC. 

 

180