Sulatamine ilma suitsuta — puhtad ahjud terasele ja sõpradele
Süsi ehitas esimesed pilvelõhkujad; elektronid loovad järgmise tsivilisatsiooni. Meie maailmas ahjud ei köhi — nad sumisevad. Ainsad "suitsud" on soojus, mida teadlikult kogume.
Miks sulatamine ilma suitsuta (ja miks see on lihtsam, kui kõlab)
"Toksiline" vana metallurgia osa polnud metall ise — vaid põlemine, mida kasutati kuumutamiseks ja redutseerimiseks: süsi kõrgeahjudes, diisel kaevanduste veoautodes, kütus protsessi soojuseks. Me eemaldame põlemise, jätame füüsika. Elektrikaared, induktsioonrullid ja vesinik teevad samu töid ilma kõrvalmõjudeta.
- Sama aatomid, uus tuli: elektronid ja H₂ asendavad koksit ja diislikütust.
- Suletud soojus: heitgaasid muutuvad auruks ja protsessi soojuseks, mitte ilma sündmuseks.
- Võimsuse rohkus: päikese seemnetehas (3. osa) "trükkib" vajalikke megavatte.
Terase tootmine ilma süsinikuta — kaks puhast marsruuti
Marsruut A — vanametall → EAF (elektrikaareahi)
Sulatame taaskasutatud terast elektrikaarega. Lisame natuke lubjakivi ja hapnikku, kraabime, valame — ja naeratame. Kui meil on hea vanametall, on see energiasäästlikum tee.
Elekter: ~0.35–0.60 MWh/t terast O₂ ja voolumaterjalid: vähe Elektroodid: ~1–2 kg/tValikuline: väiksemate valude jaoks induktsioonahjud (sarnane elektritarve tonni kohta).
Marsruut B — DRI(H₂) → EAF
Kui on vaja puhast rauda, redutseerime malmi vesinikuga kambriahjus (DRI), seejärel sulatame EAF-is. Vesinik on vaid ajutine elektronide kandja. Ei koksimist, ei sintrit.
Vesinik: ~50–60 kg H₂/t terast Elekter (sh H₂): ~3.2–4.2 MWh/t Graanulid: kõrge kvaliteediga, vähe lisandeidElektrolüsaatorid ~50–55 kWh/kg H₂. Päikesevälja suurendame, et neid rahulikult toita.
Märkmik ühe tonni kohta (teras)
Kulu ja energia (1 t vedelat terast)
| Marsruut | Elekter | Vesinik | Märkused |
|---|---|---|---|
| Vanametall → EAF | ~0.35–0.60 MWh | — | Parim koht, kus on palju puhast vanametalli |
| DRI(H₂) → EAF | ~3.2–4.2 MWh* | ~50–60 kg | Elektrolüsaator + surumine + EAF |
*Eeldatakse elektrolysaatorite ~50–55 kWh/kg H₂ ja puhast elektrit.
Mida me asendame (ainult kontekstiks)
| Vana rada | Põlemisenergia | Peamine kütus |
|---|---|---|
| BF/BOF (kõrgeahi) | ~4–6 MWh/t (soojusenergia) | Koks/süsi |
| Kaevanduste diiselvedu | — | Asendatud elektriliste megavaanidega (1. osa) |
Metallurgia jääb alles, suits eemaldatakse.
Eelnevalt arvutatud tehase stsenaariumid (ilma skriptideta, poe-sõbralik)
Terase EAF (jäätmete rada)
Ainult elekter. Tulemus sõltub jäätmete koostisest ja praktikast.
| Võimsus | Keskmine koormus | PV min | 12 tunnine ladustamine | Märkused |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/aastas | ~57 MW | ~300 MWp | ~0.68 GWh | Projekt: 0.5 MWh/t |
| 5 Mt/aastas | ~285 MW | ~1.46 GWp | ~3.42 GWh | Mitme ahju töökojad |
PV „min“ vastavalt päeva energiale: PVMWp ≈ Keskmine (MW) × 5.14 (5,5 PSH, 85% efektiivsus).
Terase DRI(H₂) + EAF
Elektrolüsaatorid moodustavad suurema osa koormusest; EAF — sprinter.
| Võimsus | Keskmine koormus | Vajab H₂ | PV min | 12 tunnine ladustamine |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/aastas | ~400 MW | ~55 kt/aastas | ~2.05 GWp | ~4.8 GWh |
| 5 Mt/aastas | ~2.0 GW | ~275 kt/aastas | ~10.3 GWp | ~24 GWh |
Elektrolüsaatorite võimsus (1 Mt/aastas): ~330–360 MW; EAF + muu: ~40–70 MW. Töötame rahulikus, mitte "hammastega" mikrovõrgus.
Ruumid ja seadmed (tüüpilised 1 Mt/aastal linnakud)
| Plokk | Pindala | Märkused |
|---|---|---|
| EAF sulatusosakond (2–3 ahju) | ~3–6 ha | Suletud, akustilised plaadid |
| DRI šaht + graanulite plats | ~5–8 ha | Kui kasutatakse B marsruuti |
| Elektrolüsaatorite saal | ~2–4 ha | Konteinerplokid |
| Valu/rullimise ettevalmistus | ~3–5 ha | Toorikud, plaadid, "bloomid" |
| PV väli (min.) | ~3,0–3,5 km² | Ligikaudu 2,05 GWp |
| Paagi plats | ~0.5–1 km² | 4.8 GWh konteinerid |
Ühisasukoht järvega (osa 1) — jahutuseks ja rahuks.
Teras sõbrad (puhased ahjud teistele metallidele)
Alumiinium — Hall‑Héroult, elektrifitseeritud algusest lõpuni
Alumiiniumoksiid (Al₂O₃) muutub sulatatud alumiiniumiks elektrolüütilistes elementides. Paaritame elektrikaltsinaatoritega ja võimalusel inertsete anoditega, et vältida perfluorosüsinike hüppeid.
- Elekter: ~14–16 MWh/t alumiiniumi (sulatamine)
- Raffineerimine ja valamine (elektriline): +2–3 MWh/t
- 500 kt/a tehas: ~800 MW keskm. • PV min ~4.1 GWp • 12 tunnine paak ~9.6 GWh
Vask — püro + elektroraffinatsioon, korralikult
Sulfiidkontsentraadid põlevad eksotermiliselt. SO₂ püüame kinni ja toodame väävelhapet (kasulik toode), ning lõpus — elektroraffiini.
- Elekter: ~2.5–4.0 MWh/t katoodile
- 1 Mt/a küla: ~340 MW keskm. • PV min ~1.76 GWp • 12 tunnine paak ~4.1 GWh
- Kõrvalprodukt: happeosakond toidab loputusliine ja naabreid
Räni — elektrometallurgia
Kvarts + söe → metallurgiline räni ahjudes. Puhas elekter ja gaaside püüdmine — tugev, kuid kontrollitav „pürotehnika“.
- Elekter: ~11–14 MWh/t
- 100 kt/aasta tehas: ~137 MW keskmine • PV min ~0.70 GWp • 12 tundi ladustamist ~1.6 GWh
- Teekond päikesemooduliteni: edasi plaatide tootmisse lähedal (osa 3)
Õhk, vesi ja naabrid (igavalt puhas vastavalt kavale)
Õhk
- Ühtegi koksi patareid ei ole. EAF kaaned on suletud; suits pestakse ja filtreeritakse.
- SO₂ kogumine. Vaskgaaside voog → väävelhape; pole mingit „heitmedraamat“.
- Kaared sähvivad, mitte korstnad. Müra ja valgus on kaetud katetega.
Vesi
- Suletud jahutussüsteemid kuivate jahutitega; järv tasakaalustab hooajad.
- Null puhastamata heitmeid; tavaliselt praktiseerime „ei lase üldse välja“.
- Päikeseenergia väljade vihm muutub pärast lihtsat puhastust protsessi veeks.
Küsimused ja vastused
„Kas vesinik on ohtlik?“
See on energiarikas ja austust väärt — nagu elekter. Elektrolysaator hoitakse väljas, torud on lühikesed, andurid kõikjal ja projekteerime teadlikult „igavaid“ projekte.
„Kuidas on lõkke kvaliteediga?“
Agressiivselt sorteerime (osa 2: energia sisse, energia välja). Kui on vaja puhast rauda, täidab DRI(H₂) lünga ilma sajandi emissioonideta.
„Kas see pole liiga palju võimsust?“
Jah — ja selles ongi point. Päikesevabrik toodab võimsust mahus (osa 3). Kollektor ehitatakse kiiremini kui vabandused ja ühendatakse otse ahjudesse.
Edasi: Terase: tsivilisatsiooni luud — plaatide, pooltoodete ja talade valamine (osa 5). Valame päikese vormidesse, mis on piisavalt tugevad, et kesta sajandit.