Kausēšana bez dūmiem — tīras krāsnis tēraudam un draugiem
Ogle būvēja pirmos debesskrāpjus; elektroni radīs nākamo civilizāciju. Mūsu pasaulē krāsnis nekost — tās dūzē. Vienīgie "dūmi" ir siltums, ko apzināti savācam.
Kāpēc kausēšana bez dūmiem (un kāpēc tas ir vieglāk nekā izklausās)
"Toksiskā" vecās metalurģijas daļa nebija pats metāls — bet dedzināšana, ko izmantoja karsēšanai un reducēšanai: ogle augstās krāsnīs, dīzeļdegviela raktuvju kravas automašīnās, kurināmais procesa siltumam. Mēs noņemam dedzināšanu, atstājam fiziku. Elektriskie loka krāsni, indukcijas spolēs un ūdeņradis veic tos pašus darbus bez blakus stāstiem.
- Tie paši atomi, jauna uguns: elektroni un H₂ aizvieto koksi un dīzeļdegvielu.
- Slēgta siltuma sistēma: izplūdes gāzes pārvēršas tvaikos un procesa siltumā, nevis gaisa notikumā.
- Jaudas pārpilnība: saules sēklas rūpnīca (3. daļa) "drukā" nepieciešamos megavatus.
Tērauds bez oglekļa — divi tīri maršruti
Maršruts A — metāllūžņi → EAF (elektriskā loka krāsns)
Kausējam pārstrādātu tēraudu ar elektrisko loku. Pievienojam nedaudz kaļķu un skābekļa, noņemam putas, liejam — un smaidām. Kad ir labs metāllūžņu daudzums, tas ir vismazāk enerģiju patērējošais ceļš.
Elektrība: ~0.35–0.60 MWh/t tērauda O₂ un plūsmas materiāli: maz Elektrodi: ~1–2 kg/tPēc izvēles: mazākiem liejumiem — indukcijas krāsnis (līdzīga elektrība tonnā).
Maršruts B — DRI(H₂) → EAF
Kad vajag tīru dzelzi, rūdu reducējam ar ūdeņradi šahtas krāsnī (DRI), pēc tam kausējam EAF. Ūdeņradis — tikai pagaidu elektronu nesējs. Nav koksa, nav sintera.
Ūdeņradis: ~50–60 kg H₂/t tērauda Elektrība (iesk. H₂): ~3.2–4.2 MWh/t Granulas: augstas kvalitātes, ar maz piemaisījumuElektrolizatori ~50–55 kWh/kg H₂. Saules lauku palielinām, lai tos mierīgi barotu.
Atgādinājums vienai tonnai (tērauds)
Patēriņš un enerģija (1 t šķidrā tērauda)
| Maršruts | Elektrība | Ūdeņradis | Piezīmes |
|---|---|---|---|
| Metāllūžņi → EAF | ~0.35–0.60 MWh | — | Labākais tur, kur ir daudz tīru metāllūžņu |
| DRI(H₂) → EAF | ~3.2–4.2 MWh* | ~50–60 kg | Elektrolizators + saspiestā gāze + EAF |
*Pieņemts, ka elektrolizatori patērē ~50–55 kWh/kg H₂ un tiek izmantota tīra elektrība.
Ko aizvietojam (tikai kontekstam)
| Vecais maršruts | Degšanas enerģija | Galvenais kurināmais |
|---|---|---|
| BF/BOF (augstās krāsns) | ~4–6 MWh/t (siltums) | Koks/ogles |
| Raktuves dīzeļtransportēšana | — | Aizvietots ar elektriskajiem megavaniem (1. daļa) |
Metallurģiju saglabājam, dūmus likvidējam.
Iepriekš aprēķināti rūpnīcu scenāriji (bez skriptiem, draudzīgi veikalam)
Tērauda EAF (lauža maršruts)
Tikai elektrība. Rezultāts ir atkarīgs no lauža sastāva un prakses.
| Jauda | Vidējā slodze | PV min | 12 stundu krātuve | Piezīmes |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/gadā | ~57 MW | ~300 MWp | ~0.68 GWh | Projekts: 0.5 MWh/t |
| 5 Mt/gadā | ~285 MW | ~1.46 GWp | ~3.42 GWh | Daudzkrāsns cehi |
PV “min” pēc dienas enerģijas: PVMWp ≈ Vid.(MW) × 5.14 (5,5 PSH, 85 % efektivitāte).
Tērauds DRI(H₂) + EAF
Elektrolizatori veido galveno slodzi; EAF — sprinteris.
| Jauda | Vidējā slodze | Nepieciešams H₂ | PV min | 12 stundu krātuve |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/gadā | ~400 MW | ~55 kt/gadā | ~2.05 GWp | ~4.8 GWh |
| 5 Mt/gadā | ~2.0 GW | ~275 kt/gadā | ~10.3 GWp | ~24 GWh |
Elektrolizatoru jauda (1 Mt/gadā): ~330–360 MW; EAF + citi: ~40–70 MW. Darbojamies mierīgā, nevis "zobainā" mikrotīklā.
Telpas un aprīkojums (tipiski 1 Mt/gadā pilsētiņas)
| Bloks | Platība | Piezīmes |
|---|---|---|
| EAF kausēšanas cehs (2–3 krāsnis) | ~3–6 ha | Slēgta, akustiskās plāksnes |
| DRI šahta + granulu laukums | ~5–8 ha | Ja tiek izmantots B maršruts |
| Elektrolizatoru zāle | ~2–4 ha | Konteinerizēti bloki |
| Liešanas/rullēšanas sagatave | ~3–5 ha | Pamatnes, plāksnes, "blooms" |
| PV lauks (min.) | ~3.0–3.5 km² | Aptuveni ~2.05 GWp |
| Krātuves laukums | ~0.5–1 km² | 4.8 GWh konteineri |
Kopīga atrašanās vieta ar ezeru (1. daļa) — dzesēšanas ūdenim un mieram.
Tērauda draugi (tīras krāsnis citiem metāliem)
Alumīnijs — Hall‑Héroult process, elektrificēts no sākuma līdz beigām
Alumīnija oksīds (Al₂O₃) pārvēršas kausētā alumīnijā elektrolītiskajās šūnās. Savieno ar elektriskajiem kalcinatoriem un, kur iespējams, ar inerģiskiem anodiem, lai novērstu perfluorogļūdeņražu emisijas.
- Elektroenerģija: ~14–16 MWh/t alumīnijam (kausēšana)
- Rafinēšana un liešana (elektriskā): +2–3 MWh/t
- 500 kt/gadā rūpnīca: ~800 MW vid. • PV min ~4.1 GWp • 12 st. krātuve ~9.6 GWh
Varš — piro + elektrorafīna, kārtīgi
Sulfīdu koncentrāti deg eksotermiski. SO₂ savāc un ražo sēra skābi (noderīgu produktu), un beigās — elektrorafīnu.
- Elektroenerģija: ~2.5–4.0 MWh/t katodam
- 1 Mt/gadā ciemats: ~340 MW vid. • PV min ~1.76 GWp • 12 st. krātuve ~4.1 GWh
- Blakusprodukts: skābes cehs baro izskalošanas ķēdes un kaimiņus
Silīcijs — elektrometalurģija
Kvarcs + ogle → metalurģiskais silīcijs loka krāsnīs. Ar tīru elektroenerģiju un gāzu savākšanu — spilgts, bet kontrolējams "pērkons".
- Elektroenerģija: ~11–14 MWh/t
- 100 kt/gadā rūpnīca: ~137 MW vid. • PV min ~0.70 GWp • 12 stundu krātuve ~1.6 GWh
- Ceļš uz saules moduļiem: tālāk uz plākšņu ražošanu blakus (3. daļa)
Gaiss, ūdens un kaimiņi (apzināti tīri un mierīgi)
Gaiss
- Nav koksa bateriju. EAF vāki aizvērti; dūmi mazgāti un filtrēti.
- SO₂ savākšana. Vara gāzu plūsma → sērskābe; nekādas „izmešu drāmas“.
- Loka zibens, ne skursteņi. Troksni un gaismu kontrolē apvalki.
Ūdens
- Slēgti dzesēšanas kontūri ar sausajiem dzesētājiem; ezers līdzsvaro sezonas.
- Nulle neattīrītu izplūžu; parasti praktizējam „vispār neizplūst“.
- Lietus no PV laukiem pēc vienkāršas tīrīšanas kļūst par procesa ūdeni.
Jautājumi un atbildes
„Vai ūdeņradis ir bīstams?“
Tas ir enerģētiski blīvs un cienījams — kā elektrība. Elektrolizatoru turam ārā, caurules — īsas, sensorus — visur, un projektus veidojam apzināti „garlaicīgus“.
„Kā ar lauža kvalitāti?“
Agresīvi šķirojam (2. daļa: enerģija iekšā, enerģija ārā). Kad vajadzīga tīra dzelzs, DRI(H₂) aizpilda plaisu, neradot gadsimta emisijas.
„Vai tas nav pārāk daudz jaudas?“
Jā — un tā ir būtība. Saules rūpnīca ražo jaudu mērogā (3. daļa). Kolektoru uzbūvējam ātrāk nekā atrunas un tieši pieslēdzam krāsnīm.
Turpinājums: Plienas: civilizācijas kauli — plākšņu, sagatavju un sijām liešana (5. daļa). Ielejam sauli formās, pietiekami izturīgās, lai izturētu gadsimtu.