Staal is een moderne noodzaak – een cruciaal onderdeel van alles, van apparaten en auto’s tot gebouwen en bruggen. Maar het maken ervan is een enorm klimaatprobleem. De staalproductie veroorzaakt enorme hoeveelheden koolstofvervuiling als gevolg van het intensieve gebruik van steenkool. Er wordt geschat dat het verantwoordelijk is voor maar liefst 10% van de mondiale uitstoot van kooldioxide, de belangrijkste oorzaak van de opwarming van de aarde.
Nu begint in Zweden een nieuw proces om staal te maken met vrijwel geen CO2-uitstoot aan te slaan. Ongeveer 90 kilometer ten zuiden van de poolcirkel bouwt het Zweedse bedrijf Stegra, opgericht in 2020 onder de naam H2 Green Steel, ’s werelds eerste “fossielvrije” staalfabriek op commerciële schaal op een terrein van 660 hectare nabij de stad Boden. . Er zijn ook projecten van andere bedrijven in de maak.
In plaats van steenkool te gebruiken om staal te maken, zal Stegra waterstof gebruiken, een veelgebruikt industrieel gas. Op deze manier is het grootste bijproduct water, en niet CO2.
“Op een heel concrete manier gaan we de CO2-uitstoot fysiek verminderen door beter staal te leveren”, zegt Anne Graf, woordvoerster van het bedrijf.
Wanneer de fabriek in 2026 klaar is, zal ze 2,5 miljoen ton staal per jaar produceren – genoeg om 40 Empire State Buildings te bouwen.
“Het zullen auto’s, vrachtwagens en bouwmaterialen worden. Het zullen vaatwassers en koelkasten en diepvriezers worden”, zei Graf. “Staal is overal om ons heen in ons dagelijks leven. Als je eenmaal begint na te denken over hoeveel staal je op een dag ziet of gebruikt, zul je verrast zijn.”
De vuile koolstofimpact van staal
De manier waarop het meeste staal nu wordt gemaakt, gaat gepaard met een hoge klimaatprijs.
Dat komt omdat de meeste staalproducenten al honderden jaren hetzelfde basisrecept gebruiken, zegt Chris Pistorius, materiaalwetenschapper en mededirecteur van het Center for Iron and Steelmaking Research van de Carnegie Mellon University.
Al het staal begint met ijzererts, een mineraalrijke afzetting die over de hele wereld wordt gewonnen. De meeste staalproducenten verwarmen het ijzererts vervolgens in een hoogoven met geraffineerde steenkool, ook wel cokes genoemd. De koolstof uit de steenkool reageert met zuurstof in het ijzererts om een zuiverdere vorm van ijzer te produceren, waarvan vervolgens staal wordt gemaakt. Maar het creëert ook een ongewenst bijproduct: koolstofdioxide.
“Al die koolstof verandert ergens in het proces in CO2,” zei Pistorius. En dat CO2 komt vervolgens vrij in de atmosfeer, waar het honderden jaren lang warmte vasthoudt, wat bijdraagt aan de opwarming van de aarde.
Daarom is staal zo’n groot probleem als het gaat om klimaatverandering. Volgens het Internationaal Energieagentschap is het verantwoordelijk voor 10% van alle CO2-uitstoot.
De nieuwe fabriek van Stegra heeft tot doel vrijwel alle koolstofemissies te elimineren door steenkool in het proces te vervangen door waterstof.
Zweden wordt een centrum voor waterstofstaal
Wetenschappers weten al tientallen jaren dat waterstof kan worden gebruikt om staal te maken. Maar het is moeilijk om mee te werken en duurder dan steenkool, deels omdat er grote hoeveelheden energie voor nodig zijn om te produceren en speciale apparatuur om op te slaan en te distribueren. Staal gemaakt met waterstof kost momenteel ongeveer 25% duurder dan traditioneel, op steenkool gebaseerd staal.
Bovendien wordt de meeste waterstof tegenwoordig uit fossiele brandstoffen gewonnen in een proces dat op zichzelf een probleem van koolstofvervuiling veroorzaakt.
Stegra gaat zijn waterstof uit water produceren met behulp van hernieuwbare energie, waardoor de CO2-voetafdruk aanzienlijk wordt verkleind.
“Wat je doet is feitelijk een kolenmijn vervangen door een faciliteit die elektriciteit en water gebruikt,” zei Graf.
Dat is hier gemakkelijker te doen, deels vanwege de specifieke energiemix van Zweden. Het Zweedse elektriciteitsnet is vrijwel volledig koolstofvrij. Het land is grotendeels afhankelijk van waterkracht- en kerncentrales, en niet van fossiele brandstoffen.
Ook andere staalbedrijven in Zweden gaan met waterstof aan de slag. In het nabijgelegen Luleå voltooide HYBRIT, een consortium van Zweedse industriële bedrijven, in 2020 een proefproject voor op waterstof gebaseerd staal. De groep plant een volledige productie van fossielvrij staal tegen 2026.
Staalproducent Ovako is onlangs voor een deel van zijn activiteiten overgestapt op waterstof uit aardgas. Het bedrijf heeft onlangs de ombouw voltooid van enkele van zijn ovens, die staal verwarmen voordat het wordt gewalst en tot industriële producten wordt gevormd.
Mikael Persson, de projectmanager, zei dat het zijn team vier jaar kostte om apparatuur te installeren om waterstof te maken in een van Ovako’s fabrieken in Midden-Zweden.
“Het was heel moeilijk”, zei Persson lachend. “We hebben dit nog nooit gedaan… We zijn er geblinddoekt in gegaan.”
In Ovako’s fabriek in Hofors, Zweden, toonde Persson de elektrolyseur van de fabriek, de machines die water met behulp van elektriciteit in waterstof veranderen.
In een grote witte kamer staan acht cilindrische tanks die lijken op enorme dubbel-A-batterijen die op hun kant zijn gelegd. Door elke tank loopt een elektrische stroom, waardoor watermoleculen worden gescheiden in zuurstof en waterstof.
“De stroming is echt heel erg hoog”, zegt Persson.
Dit proces vereist een enorme hoeveelheid energie. Ovako’s centrale gebruikt op volle capaciteit 20 megawatt elektriciteit – genoeg om 10.000 huizen in de VS van stroom te voorzien
Omdat Ovako gebruik maakt van een grotendeels koolstofvrij netwerk, hebben de electrolyzers vrijwel geen impact op het klimaat.
Het schone Zweedse elektriciteitsnet heeft het tot een aantrekkelijke plek gemaakt voor bedrijven die experimenteren met waterstof in de staalproductie en andere industrieën.
Gestimuleerd door een CO2-belasting
Maar wat deze investering in groen staal nu echt drijft, is geld, zegt Max Åhman, professor aan de Universiteit van Lund in Zweden.
In Europa staat het maken van staal op de ouderwetse manier op het punt veel duurder te worden.
“Het EU-systeem voor het beprijzen van koolstof is daadwerkelijk gaan werken”, zei Åhman.
De Europese Unie heeft een koolstofhandelssysteem dat bedrijven belast voor de uitstoot van broeikasgassen. Het land zal de komende tien jaar een zwaardere straf opleggen aan traditionele staalproducenten.
“Met die prijs voor CO2,” zei Åhman, “is groen staal uit waterstof min of meer concurrerend.”
Autofabrikanten als Volvo en BMW hebben zich opgesteld om groen staal in Zweden te kopen om hun eigen klimaatdoelen te bereiken, namelijk het terugdringen van de netto CO2-uitstoot tot nul in de komende decennia.
En er zijn tientallen soortgelijke projecten over de hele wereld in de maak.
Lars Nilsson, hoogleraar Milieu- en Energiesystemen aan de Universiteit van Lund, zegt dat deze uitkomst tien jaar geleden een gok leek. Toen begon hij aan het HYBRIT-project te werken.
“Ik herinner me dat andere grote staalbedrijven erom lachten. Weet je: ‘Dit zijn maar sprookjes.’ Maar ik denk dat het heel reëel is”, zei Nilsson. “Je kunt de technologische gereedheid bespreken, maar het is geen gigantische technologische sprong.”
Nilsson zegt dat Zweden bewijst dat groen staal mogelijk is. Maar om het elders te laten werken, heeft de industrie veel betaalbare schone energie nodig. En beleidsmaatregelen zoals een CO2-belasting die het zal helpen concurreren met traditioneel staal.
“Als je een fatsoenlijke CO2-beprijzing hebt, zoals we in Europa hebben met het emissiehandelssysteem, en als je toegang hebt tot goedkope elektriciteit, is het eigenlijk een goede zaak.”
