Topienie bez dymu — czyste piece dla stali i przyjaciół
Węgiel zbudował pierwsze drapacze chmur; elektrony stworzą kolejną cywilizację. W naszym świecie piece nie kaszlą — one szumią. Jedyny „dym" to ciepło, które celowo zbieramy.
Dlaczego topienie bez dymu (i dlaczego to łatwiejsze niż się wydaje)
„Toksyczna" część starej metalurgii to nie sam metal — lecz spalanie, używane do nagrzewania i redukcji: węgiel w wielkich piecach, olej napędowy w ciężarówkach kopalnianych, paliwo na ciepło procesu. Usuwamy spalanie, zostawiamy fizykę. Łuki elektryczne, cewki indukcyjne i wodór wykonują te same zadania bez niechcianych efektów.
- Te same atomy, nowy ogień: elektrony i H₂ zastępują koks i olej napędowy.
- Zamknięte ciepło: spaliny zamieniają się w parę i ciepło procesu, a nie w kaprys pogody.
- Moc w nadmiarze: słoneczna fabryka nasienna (3 część) „drukuje" potrzebne megawaty.
Stal bez węgla — dwie czyste trasy
Trasa A — złom → EAF (piec łukowy elektryczny)
Topimy przetworzoną stal łukiem elektrycznym. Dodajemy trochę wapna i tlenu, zgarniamy, odlewamy — i się uśmiechamy. Gdy mamy dobry złom, to najmniej energochłonna droga.
Elektryczność: ~0.35–0.60 MWh/t stali O₂ i materiały przepływowe: niewiele Elektrody: ~1–2 kg/tOpcjonalnie: dla mniejszych odlewów — piece indukcyjne (podobne zużycie energii na tonę).
Trasa B — DRI(H₂) → EAF
Gdy potrzebna jest czysta żelazo, redukujemy rudę wodorem w piecu szybowym (DRI), potem topimy w EAF. Wodór to tylko tymczasowy nośnik elektronów. Bez koksowania, bez sinteringu.
Wodór: ~50–60 kg H₂/t stali Elektryczność (w tym H₂): ~3.2–4.2 MWh/t Granulki: wysoka jakość, mało zanieczyszczeńElektrolizery ~50–55 kWh/kg H₂. Zwiększamy pole słoneczne, aby zasilać je stabilnie.
Notatka na tonę (stal)
Zużycie i energia (1 t stali ciekłej)
| Trasa | Elektryczność | Wodór | Uwagi |
|---|---|---|---|
| Złom → EAF | ~0.35–0.60 MWh | — | Najlepiej tam, gdzie jest dużo czystego złomu |
| DRI(H₂) → EAF | ~3.2–4.2 MWh* | ~50–60 kg | Elektrolizer + sprężanie + EAF |
*Zakłada się elektrolizery ~50–55 kWh/kg H₂ i czystą energię elektryczną.
Co zmieniamy (tylko dla kontekstu)
| Stara ścieżka | Energia spalania | Główne paliwo |
|---|---|---|
| BF/BOF (wielki piec) | ~4–6 MWh/t (ciepło) | Koks/węgiel |
| Dieselowy transport kopalniany | — | Zamienione na elektryczne megawany (część 1) |
Zostawiamy metalurgię, eliminujemy dymy.
Wstępnie obliczone scenariusze fabryk (bez skryptów, przyjazne dla sklepu)
Stal EAF (ścieżka złomu)
Tylko elektryczność. Zakres zależy od składu złomu i praktyki.
| Moc | Śr. obciążenie | PV min | 12 godz. magazyn | Uwagi |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/metus | ~57 MW | ~300 MWp | ~0.68 GWh | Projekt: 0.5 MWh/t |
| 5 Mt/rok | ~285 MW | ~1.46 GWp | ~3.42 GWh | Hale z kilkoma piecami |
PV „min“ według energii dziennej: PVMWp ≈ Śr.(MW) × 5,14 (5,5 PSH, 85 % sprawności).
Stal DRI(H₂) + EAF
Elektrolizery stanowią główne obciążenie; EAF — sprinter.
| Moc | Śr. obciążenie | Wymaga H₂ | PV min | 12 godz. magazyn |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/metus | ~400 MW | ~55 kt/metus | ~2.05 GWp | ~4.8 GWh |
| 5 Mt/rok | ~2.0 GW | ~275 kt/metus | ~10.3 GWp | ~24 GWh |
Moc elektrolizerów (1 Mt/rok): ~330–360 MW; EAF + inne: ~40–70 MW. Działamy na stabilnej, a nie "ząbkowanej" mikrosieci.
Przestrzeń i wyposażenie (typowe miasta 1 Mt/rok)
| Blok | Powierzchnia | Uwagi |
|---|---|---|
| Hala topienia EAF (2–3 piece) | ~3–6 ha | Zamknięte, płyty akustyczne |
| Szyb DRI + plac granulacji | ~5–8 ha | Jeśli używana jest trasa B |
| Hala elektrolizerów | ~2–4 ha | Bloki kontenerowe |
| Przygotowanie do odlewania/walcowania | ~3–5 ha | Przygotowanie, płyty, "blooms" |
| Pole PV (min.) | ~3,0–3,5 km² | Około ~2,05 GWp |
| Plac magazynowy | ~0.5–1 km² | Kontenery 4.8 GWh |
Wspólna lokalizacja z jeziorem (część 1) — do chłodzenia wody i spokoju.
Przyjaciele stali (czyste piece dla innych metali)
Aluminium — Hall‑Héroult, elektryfikowane od początku do końca
Tlenek glinu (Al₂O₃) przekształca się w stopione aluminium w ogniwach elektrolitycznych. Łączymy to z elektrycznymi kalcynatorami i, tam gdzie to możliwe, inertnymi anodami, aby uniknąć skoków perfluorowęglowodorów.
- Elektra: ~14–16 MWh/t aluminium (topienie)
- Rafinacja i odlewanie (elektryczne): +2–3 MWh/t
- 500 kt/rok fabryka: ~800 MW średnio • PV min ~4.1 GWp • 12 godz. magazyn ~9.6 GWh
Miedź — piro + elektoraffina, uporządkowanie
Koncentraty siarczkowe żarzą się egzotermicznie. SO₂ wychwytujemy i produkujemy kwas siarkowy (produkt użyteczny), a na końcu — elektoraffinę.
- Elektra: ~2.5–4.0 MWh/t katody
- 1 Mt/rok miasteczko: ~340 MW średnio • PV min ~1.76 GWp • 12 godz. magazyn ~4.1 GWh
- Produkt uboczny: zakład kwasowy zasila linie płukania i sąsiadów
Krzem — elektrometalurgia
Kwarc + węgiel → metalurgiczny krzem w piecach łukowych. Z czystą energią elektryczną i wychwytywaniem gazów — wyraźny, ale kontrolowany "piorun".
- Elektra: ~11–14 MWh/t
- Fabryka 100 kt/rok: ~137 MW średnio • PV min ~0.70 GWp • magazyn 12 h ~1.6 GWh
- Droga do modułów słonecznych: dalej do produkcji płytek obok (część 3)
Powietrze, woda i sąsiedzi (nudno czysto według zamysłu)
Powietrze
- Brak baterii koksowniczych. Pokrywy EAF zamknięte; dymy płukane i filtrowane.
- Zbieranie SO₂. Miedziany strumień gazów → kwas siarkowy; żadnej „dramy emisji”.
- Błyski łukowe, nie kominy. Hałas i światło kontrolowane osłonami.
Woda
- Zamknięte obiegi chłodzenia z suchymi chłodnicami; jezioro równoważy sezony.
- Zero nieoczyszczonych emisji; zazwyczaj praktykujemy „wcale nie emitujemy”.
- Deszcz z pól PV po prostym czyszczeniu staje się wodą procesową.
Pytania i odpowiedzi
„Czy wodór jest niebezpieczny?”
Jest energetycznie gęsty i godny szacunku — jak elektryczność. Elektrolizer trzymamy na zewnątrz, rury — krótkie, czujniki — wszędzie, a projekty robimy celowo „nudne”.
„A co z jakością złomu?”
Agresywnie sortujemy (część 2: energia do środka, energia na zewnątrz). Gdy potrzeba czystego żelaza, DRI(H₂) wypełnia lukę, nie przynosząc wiekowych emisji.
„Czy to nie za dużo mocy?”
Tak — i o to chodzi. Fabryka słońca produkuje moc na skalę (część 3). Budujemy kolektor szybciej niż wymówki i łączymy go bezpośrednio z piecami.
Dalej: Stal: kości cywilizacji — odlewanie płyt, półfabrykatów i belek (część 5). Wlejemy słońce do form, wystarczająco mocnych, by wytrzymały wiek.