19 Sep 2021

De belofte van CO2-vrije Hoogovens

Sluiten of staal gaan produceren zonder CO2-uitstoot. Hoogleraar Ad van Wijk is blij dat Hoogovens deze uitdaging aanvaart, met de rug tegen de muur. De directie maakte bekend om de brandstof kolen te gaan verruilen voor waterstof, geproduceerd uit duurzame elektriciteitsbronnen. Op deze beslissing is zo lang gewacht, dat de Best Practice van CO2-vrij staal inmiddels uit Zweden komt. P+ presenteert een baanbrekende Zweedse studie waarin staat hoe het moet: omschakelen van kolen naar waterstof om staal te maken.

De wereldwijde staalindustrie produceert elk jaar ongeveer twee miljard ton staal, wat een uitstoot van meer dan drie miljard ton koolstofdioxide veroorzaakt. Hiermee is de staalproductie verantwoordelijk voor 7 procent van de uitstoot van broeikasgassen op de hele planeet. 

En de wereld kan niet zonder staal. De behoefte zal de komende decennia alleen nog maar toenemen, misschien zelf wel verdubbelen. Gebouwen, bruggen, koelkasten, vliegtuigen, treinen en auto's. De opwarming van de aarde kan niet gestopt worden, wanneer staalfabrieken zoals die van de Hoogovens stoppen met het verbranden van cokes, een bewerkte vorm van steenkool.

In plaats van koolstof te gebruiken om de zuurstof uit het ijzererts te verwijderen, waardoor CO2 ontstaat, kan ook waterstof gebruikt worden om H2O  (water) te creëren, dat wil zeggen water. Dat is waar de directie in IJmuiden nu naar toe wil, maar deze is daar niet uniek in.

Deze zomer presenteerde een Zweeds project als eerste CO2-neutraal staal in een proeffabriek. Als deze techniek op grote schaal zou worden toegepast, zou het de uitstoot van de staalindustrie met maar liefst 90 procent kunnen verminderen.

Het Zweedse project, genaamd hybrit – Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology – staat inin Lulea, in het noorden van het land. Het project is een samenwerking tussen Vattenfall, het Zweedse staatsbedrijf voor elektriciteit; L.K.A.B., de ijzerertsmijn in staatseigendom; en S.S.A.B., een particulier staalbedrijf. Toen de fabriek afgelopen augustus werd geopend, hield de Zweedse premier een toespraak en beschreef deze als ‘een historische kans’. De Zweden investeren flink in deze voorsprong en weigeren hun kennis met de rest van de wereld te delen. Wat getoond werd was het eerste ‘groene’ stuk staal dat aan de eerste klant werd geleverd: de autofabrikant Volvo. De Hoogovens mogen het wiel helemaal zelf opnieuw gaan uitvinden.

Er zijn gelukkig wetenschappers die hun studies openbaar maken. Ze pas aan de Universiteit van Lund afgestudeerde Zweed Valentin Vogl ging in zijn proefschrift in op het koolstofarm maken van de staalindustrie (zie download). Hij beschrijft in zijn studie een  systeem waarbij in plaats van cokes waterstofgas in de schacht van de hoogoven gaat. Binnenin vindt een proces plaats dat bekend staat als "directe reductie". De oven bereikt ongeveer vijftienhonderd graden, wat niet heet genoeg is om het ijzer te smelten; als resultaat is het "direct gereduceerde ijzer" dat eruit komt nog steeds solide. Het bevat bijna geen koolstof, dus het gaat in een vlamboogoven - een vat dat bouten van elektriciteit tussen interne elektroden doorlaat. Daar wordt het samen met een beetje steenkool gesmolten, waardoor staal (en een klein beetje CO2) wordt geproduceerd. De ouderwetse methode stoot in elke fase een hoop koolstof uit; het nieuwe proces stoot zo min mogelijk uit. 

Hoe ver het staat met 'groene staal' houdt de Universiteit van Lund ook bij. In de publieke database 'Green Steel Tracker' op internet staat Tata Steel, de eigenaar vanbde Hoogovens in IJmuiden, ook in het overzicht verwerkt. Zo kan de directie goed volgen of Nederland van een van de modernste ovens gaat terugvallen naar een plaats op de ranglijst die onherroepelijk tot sluiting zal leiden.

De hybride proeffabriek in Zweden produceert nu ongeveer een ton staal per uur. De volgende stap is de bouw van een demofabriek op commerciële schaal in Gällivare, ook in het noorden, die tegen 2026 1,3 miljoen ton staal per jaar zal produceren.

Volgens deskundigen zijn er wetenschappelijk gezien geen grote hindernissen om het proces op te schalen. Het gaat vooral om het optimaliseren van de bedrijfsomstandigheden. Hoe warm moet de waterstof zijn voordat het in de hoogoven wordt gepompt. 

De tweede grote opgave is het vinden van een duurzame energiebron die groot en constant genoeg is om duurzame energie om te zetten in waterstof. Het ligt voor de hand dat de directie van Hoogovens richting de Noordzee kijkt, waar nu al een windmolenpark voor de kust ligt. Sterker nog: de stroom van deze molens komt al bij de Hoogovens aan land. Datacentra staan te trappelen om deze stroom te gebruiken voor de ongebreidelde opslag van YouTube-filmpjes en nooit opgeschoonde databestanden van particulieren en bedrijven. Met de komende vraag naar een steeds grotere en snellere gegevensoverdracht, bijvoorbeeld voor zelfsturende auto’s, neemt de behoefte aan meer energie alleen maar toe. Niet voor niets koos Google een andere landingsplek van windmolenstroom uit de noordelijke Noordzee als vestigingsplaats voor datacentra: de Eemshaven in Groningen.

Oud-ondernemer en hoogleraar Ad van Wijk adviseerde de werknemers van de Hoogovens, georganiseerd bij de FNV, om van energiebron te veranderen. Van Wijk maakte eerder furore als adviseur van de Gasunie door zijn onderzoek naar de mogelijkheden om gasleidingen te gebruiken voor het transport van waterstof. De Gasunie maakte onlangs bekend dat industriële klanten op deze manier bediend gaan worden. Ook daar zou de Hoogovens over na kunnen denken. Maar wel zo snel mogelijk, vindt Van Wijk.

Ook na de ommezwaai van de directie maant hij tot snelheid. De duurzaamheidswereld is goed geworden in het plaatsen van stippen op de horizon, maar de einddata van het te bereiken doel ligt te vaak veel te ver weg. Van Wijk liet weten dat nog eens twintig jaar kolenstook in IJmuiden hem veel te lang duurt. Tegen NU.nl zei hij: "Tata Steel wil eerst nog uitgebreid studeren voordat het bedrijf de eerste verwerker van ijzererts gaat vervangen. Dat is volgens ons niet nodig. Die kun je eigenlijk gewoon al bestellen."

Het valt te hopen dat de politici in Den Haag zich realiseren dat heel wat Nederlanders het Binnenhof inmiddels als een peuterspeelzaal zijn gaan zien, met hun ‘ik wil niet met hem spelen. En ik niet met haar.’ Er is snel een hardwerkende regering nodig die de Hoogovens gaat helpen met het versnellen van vergunningen, het beschikbaar maken van voldoende waterstof op zee. Van Wijk daarover: "Alle sectoren moeten natuurlijk verduurzamen en daarvoor is veel meer duurzame energie nodig dan we nu in het Klimaatakkoord hebben voorzien. Zo zullen er meer windparken op zee moeten worden gebouwd. Maar groene waterstof zullen we ook moeten importeren, want we zullen het nooit allemaal zelf kunnen produceren in Nederland."

Artikel van de Zweed Valentin Vogl over een CO2-vrije staalindustrie