Lydymas be dūmų — švarios krosnys plienui ir draugams
Anglis pastatė pirmuosius dangoraižius; elektronai sukurs kitą civilizaciją. Mūsų pasaulyje krosnys nekosti — jos dūzgia. Vieninteliai „dūmai“ — šiluma, kurią tyčia surenkame.
Kodėl lydymas be dūmų (ir kodėl tai lengviau nei skamba)
„Toksiška“ senos metalurgijos dalis buvo ne pats metalas — o degimas, naudotas kaitinti ir redukuoti: anglis aukštakrosnėse, dyzelinas kasyklų sunkvežimiuose, kuras proceso šilumai. Mes pašaliname degimą, paliekame fiziką. Elektriniai lankai, indukcinės ritės ir vandenilis atlieka tuos pačius darbus be šalutinių istorijų.
- Tie patys atomai, nauja ugnis: elektronai ir H₂ pakeičia koksą ir dyzeliną.
- Uždara šiluma: išmetamosios dujos virsta garais ir proceso šiluma, o ne orų įvykiu.
- Galios gausa: saulės sėklinė gamykla (3 dalis) „spausdina“ reikalingus megavatus.
Plienas be anglies — du švarūs maršrutai
Maršrutas A — laužas → EAF (elektrinio lanko krosnis)
Išlydome perdirbtą plieną elektriniu lanku. Įdedame kiek kalkių ir deguonies, nugraibome, liejame — ir šypsomės. Kai turime gero laužo, tai mažiausiai energijai imlus kelias.
Elektra: ~0.35–0.60 MWh/t plieno O₂ ir srauto medžiagos: nedaug Elektrodai: ~1–2 kg/tPasirinktinai: mažesniems liejiniams — indukcinės krosnys (panaši elektra tonai).
Maršrutas B — DRI(H₂) → EAF
Kai reikia grynos geležies, rūdą redukuojame vandeniliu šachtinėje krosnyje (DRI), tada lydome EAF. Vandenilis — tik laikinas elektronų nešiklis. Jokio koksavimo, jokio sinterio.
Vandenilis: ~50–60 kg H₂/t plieno Elektra (įsk. H₂): ~3.2–4.2 MWh/t Granulės: aukštos kokybės, mažai priemaišųElektrolizeriai ~50–55 kWh/kg H₂. Saulės lauką didiname, kad juos maitintume ramiai.
Atmintinė vienai tonai (plienas)
Sąnaudos ir energija (1 t skysto plieno)
| Maršrutas | Elektra | Vandenilis | Pastabos |
|---|---|---|---|
| Laužas → EAF | ~0.35–0.60 MWh | — | Geriausia, kur gausu švaraus laužo |
| DRI(H₂) → EAF | ~3.2–4.2 MWh* | ~50–60 kg | Elektrolizeris + suslėgimas + EAF |
*Daroma prielaida apie elektrolizerius ~50–55 kWh/kg H₂ ir švarią elektrą.
Ką pakeičiame (tik kontekstui)
| Senas maršrutas | Degimo energija | Pagrindinis kuras |
|---|---|---|
| BF/BOF (aukštakrosnė) | ~4–6 MWh/t (šilumos) | Koksas/anglis |
| Kasyklų dyzelinis vežimas | — | Pakeista elektriniais megavanais (1 dalis) |
Metalurgiją pasiliekame, dūmus panaikiname.
Iš anksto paskaičiuoti gamyklų scenarijai (be skriptų, parduotuvei draugiška)
Plieno EAF (laužo maršrutas)
Tik elektra. Rėžis priklauso nuo laužo sudėties ir praktikos.
| Pajėgumas | Vid. apkrova | PV min | 12 val. saugykla | Pastabos |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/metus | ~57 MW | ~300 MWp | ~0.68 GWh | Projektas: 0.5 MWh/t |
| 5 Mt/metus | ~285 MW | ~1.46 GWp | ~3.42 GWh | Kelių krosnių cechai |
PV „min“ pagal dienos energiją: PVMWp ≈ Vid.(MW) × 5.14 (5,5 PSH, 85 % našumas).
Plienas DRI(H₂) + EAF
Elektrolizeriai sudaro didžiąją apkrovą; EAF — sprinteris.
| Pajėgumas | Vid. apkrova | Reikia H₂ | PV min | 12 val. saugykla |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/metus | ~400 MW | ~55 kt/metus | ~2.05 GWp | ~4.8 GWh |
| 5 Mt/metus | ~2.0 GW | ~275 kt/metus | ~10.3 GWp | ~24 GWh |
Elektrolizerių galia (1 Mt/metus): ~330–360 MW; EAF + kita: ~40–70 MW. Veikiame ramiu, o ne „dantytu“ mikrotinklu.
Erdvės ir įranga (tipiniai 1 Mt/metus miesteliai)
| Blokas | Plotas | Pastabos |
|---|---|---|
| EAF lydymo cechas (2–3 krosnys) | ~3–6 ha | Uždara, akustinės plokštės |
| DRI šachta + granulių aikštelė | ~5–8 ha | Jei naudojamas B maršrutas |
| Elektrolizerių salė | ~2–4 ha | Konteinerizuoti blokai |
| Liejimo/valcavimo paruoša | ~3–5 ha | Ruošiniai, plokštės, „blooms“ |
| PV laukas (min.) | ~3.0–3.5 km² | Šalia ~2.05 GWp |
| Saugyklos aikštelė | ~0.5–1 km² | 4.8 GWh konteineriai |
Bendralokacija su ežeru (1 dalis) — aušinimo vandeniui ir ramybei.
Plieno draugai (švarios krosnys kitiems metalams)
Aliuminis — Hall‑Héroult, elektrifikuota nuo pradžios iki galo
Aliuminio oksidas (Al₂O₃) virsta lydytu aliuminiu elektrolitinėse celėse. Poruojame su elektriniais kalcinatoriais ir, kur įmanoma, inertiniais anodais, kad neliktų perfluorangliavandenių šuolių.
- Elektra: ~14–16 MWh/t aliuminio (lydymas)
- Rafinavimas ir liejimas (elektr.): +2–3 MWh/t
- 500 kt/metus gamykla: ~800 MW vid. • PV min ~4.1 GWp • 12 val. saugykla ~9.6 GWh
Varis — piro + elektrorafina, tvarkingai
Sulfidiniai koncentratai smilksta egzotermiškai. SO₂ sugauname ir gaminame sieros rūgštį (naudingą produktą), o pabaigoje — elektrorafina.
- Elektra: ~2.5–4.0 MWh/t katodo
- 1 Mt/metus miestelis: ~340 MW vid. • PV min ~1.76 GWp • 12 val. saugykla ~4.1 GWh
- Pašalinis produktas: rūgšties cechas maitina išplovimo grandines ir kaimynus
Silicis — elektrometalurgija
Kvarcas + anglis → metalurginis silicis lanko krosnyse. Su švaria elektra ir dujų gaudymu — ryškus, bet valdomas „perkūnas“.
- Elektra: ~11–14 MWh/t
- 100 kt/metus gamykla: ~137 MW vid. • PV min ~0.70 GWp • 12 val. saugykla ~1.6 GWh
- Kelias į saulės modulius: toliau į plokštelių gamybą šalia (3 dalis)
Oras, vanduo ir kaimynai (nuobodžiai švaru pagal sumanymą)
Oras
- Jokių kokso baterijų. EAF dangčiai uždaryti; dūmai plaunami ir filtruojami.
- SO₂ surinkimas. Varinių dujų srautas → sieros rūgštis; jokios „išmetimo dramos“.
- Lanko blyksniai, ne kaminai. Triukšmas ir šviesa suvaldyti gaubtais.
Vanduo
- Uždari aušinimo kontūrai su sausais aušintuvais; ežeras subalansuoja sezonus.
- Nulis neišvalyto išleidimo; dažniausiai praktikuojame „neišleidžiame visai“.
- Lietus nuo PV laukų po paprasto valymo tampa proceso vandeniu.
Klausimai ir atsakymai
„Ar vandenilis pavojingas?“
Jis energiškai tankus ir vertas pagarbos — kaip elektra. Elektrolizerius laikome lauke, vamzdžius — trumpus, jutiklius — visur, o projektus darome tyčia „nuobodžius“.
„Kaip dėl laužo kokybės?“
Agresyviai išrūšiuojame (2 dalis: energija į vidų, energija į išorę). Kai reikia grynos geležies, DRI(H₂) užpildo spragą neatsinešdamas šimtmečio emisijų.
„Ar tai ne per daug galios?“
Taip — ir tame esmė. Saulės gamykla spausdina galią mastu (3 dalis). Kolektorius statome greičiau nei pasiteisinimus ir jungiame tiesiai į krosnis.
Toliau: Plienas: civilizacijos kaulai — plokščių, ruošinių ir sijų liejimas (5 dalis). Supilsime saulę į formas, pakankamai tvirtas, kad laikytų šimtmetį.