Hybrit ska göra stålindustrin fossilfri

Stålindustrin har ett av de högsta koldioxidutsläppen bland alla industrier. Svenska SSAB står för ca 10 procent av utsläppen i Sverige och globalt står stålindustrin för ca 7 procent. Och efterfrågan på stål ser inte ut att mattas av, tvärt om. Välfärden i världen ökar och att bygga nya bostäder och infrastruktur kräver just stål.

– Om vi ska nå klimatmålen går det inte att producera stål på det sätt vi gör idag. Vi måste göra något drastiskt, säger Johan Martinsson från SSAB, som också har en anställning som forskare på Materialvetenskap på KTH.

Och revolutionen, initierat av de tre tunga industrijättarna, heter HYBRIT. Som namnet antyder – Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology – handlar det om att tillverka stål med hjälp av vätgas.

För att realisera detta har man tagit hjälp av några skarpa hjärnor på KTH, där Johan Martinsson projektleder den metallurgiska delen. Totalt jobbar fyra personer från Materialvetenskap i projektet. En av dem är doktoranden Joar Huss som förklarar KTH:s roll i HYBRIT:

– Det finns inte någon annan forskargrupp i Sverige med vår profil som driver den typ av fundamental forskning som krävs i det här projektet. Här på KTH finns en unik kompetens inom metallurgisk forskning. Vi är vassa på högtemperaturexperiment, där vi tittar på termodynamiska fenomen men även reaktionsmekanismer.

Vad är det då som gör att stålframställning släpper ut så mycket CO2? Den stora boven i dramat är masugnen som producerar närmare 1,5 ton koldioxid per producerat ton stål. När järnmalm ska omvandlas till stål används masugnen som i hög temperatur reducerar järnmalmen genom att man tillsätter fossilt kol. Järnmalmen blir till smält råjärn – och restprodukten är CO2. Den här processen står för cirka 90 procent av det CO2 som släpps ut vid tillverkning av stål. Masugnar baseras på en teknologi som funnits i 1000 år. På ett par år ska man nu göra om processen och göra den fossilfri.

– Den mest framkomliga vägen är att ersätta det fossila kolet som används idag med vätgas. Då blir restprodukten vatten i stället för CO2, säger Johan Martinsson.

Vätgasen kräver mycket energi för att produceras, men även den ska framställas med hjälp av fossilfria källor.

För att täcka in alla de kompetenser som behövs har HYBRIT-projektet delats upp i sex forskningsområden. KTH är med i tre av dessa: reduktionen av järnmalmen med hjälp av vätgas, själva stålframställningen samt hur man ska producera och lagra den vätgas som behövs, och här är andra KTH-forskare inblandade (CBH). De övriga forskningsprojekten elproduktion och pelletisering (omvandla gruvans malm till järnmalmspellets), ligger främst hos Vattenfall och LKAB, där forskare från Luleå tekniska universitet och forskningsinstitutet Swerim hjälper till.

Ugnen ”Baby Blue” påminner mest om en rymdprob från kapprustningstiden. I den smälter doktoranden Joar Huss järn.

På ett labb dekorerat med dödskallar och varningstexter har Johan Martinssons projektteam sin bas. Här har de bland annat byggt en ugn i miniformat som kommer upp i temperaturer på 1100 ᵒC, och som med hjälp av vätgas reducerar järnmalmen till järnsvamp. Joar Huss arbetar med den efterkommande processen och i sin ugn ”Baby Blue” smälter han järnsvamp och renar den från fosfor och svavel. Även Johan Martinsson arbetar med en del av reningsprocessen där ”skummande slagg” i dagsläget står i fokus.

Betydlig längre norrut, i Luleå, byggs just nu en pilotanläggning, en ny slags schaktugn som man blåser in vätgas i, och det är den här typen av ugn som ska ersätta masugnarna. Till sommaren ska den stå klar.

– Det är ingen liten pjäs, den gömmer sig i en 50 meter hög byggnad, och den ska kunna producera 1 ton järnsvamp i timmen, förklarar Johan Martinsson.

2021 ska det första forskningspaketet från KTH vara avslutat, men Johan och Joar antyder att det lär bli fler samarbeten.

– HYBRIT ser till att den här typen av kunskap stannar kvar på KTH. Det finns en uttalad ambition att utveckla människor inom det här området och inspirera unga att läsa materialvetenskap, säger Joar Huss.

Så när får vi se det första provet på helt fossilfritt stål? 2026 ska en demonstrationsanläggning vara helt klar. Då ska det första fossilfria stålet kunna lämna SSAB:s portar. Intresset från potentiella kunder är enormt, menar Johan Martinsson, många industrier vill ha både fossilfria bränslen och material för att få en grön profil.

– Men ska man vara nogräknad så har det första fossilfria stålet redan tillverkats. Det blev ett heluppslag i Dagens Industri där vd:arna från Vattenfall, SSAB och LKAB poserade med varsin testbit tillverkat i KTH:s lab. Men dem har vi fortfarande inte fått tillbaka, skrattar Johan Martinsson.

Ståltillverkningsprocessen

Ståltillverkningsprocessen börjar med järnmalm som processas till en järnpellet, som är rik på järnoxid. Järnmalmen omvandlas till metalliskt järn genom att den reduceras i en masugn med hjälp av fossilt kol. Järnoxid och kol reagerar och bildar CO och CO2-gaser. Det flytande järnet processas vidare till stål.

I HYBRIT-processen framställs järnet med hjälp av vätgas som huvudreduktionsmedel. Men här reagerar vätgasen med järnoxiden och i stället för CO2 blir restprodukten vatten.

Text & foto: Anna Gullers