Плавка без дыма — чистые печи для стали и друзей
Уголь построил первые небоскрёбы; электроны создадут другую цивилизацию. В нашем мире печи не коптят — они гудят. Единственный "дым" — тепло, которое мы намеренно собираем.
Почему плавка без дыма (и почему это проще, чем кажется)
"Токсичная" часть старой металлургии была не сам металл — а горение, используемое для нагрева и восстановления: уголь в доменных печах, дизель в карьерных грузовиках, топливо для тепла процесса. Мы устраняем горение, оставляем физику. Электрические дуги, индукционные катушки и водород выполняют те же задачи без побочных историй.
- Те же атомы, новый огонь: электроны и H₂ заменяют кокс и дизель.
- Закрытое тепло: выхлопные газы превращаются в пар и тепло процесса, а не в погодное явление.
- Изобилие энергии: солнечный семенной завод (3 часть) "печатает" необходимые мегаватты.
Сталь без углерода — два чистых маршрута
Маршрут A — лом → EAF (электродуговая печь)
Плавим переработанную сталь электрической дугой. Добавляем немного извести и кислорода, счищаем шлак, льем — и улыбаемся. Когда есть хороший лом, это самый энергоэффективный путь.
Электричество: ~0.35–0.60 МВт·ч/т стали O₂ и расходные материалы: немного Электроды: ~1–2 кг/тПо выбору: для меньших плавок — индукционные печи (похожее электричество на тонну).
Маршрут B — DRI(H₂) → EAF
Когда нужна чистая железная руда, восстанавливаем руду водородом в шахтной печи (DRI), затем плавим в EAF. Водород — лишь временный носитель электронов. Без коксования, без синтерования.
Водород: ~50–60 кг H₂/т стали Электричество (вкл. H₂): ~3.2–4.2 МВт·ч/т Гранулы: высокого качества, мало примесейЭлектролизёры ~50–55 кВт·ч/кг H₂. Увеличиваем солнечное поле, чтобы питать их стабильно.
Памятка на одну тонну (сталь)
Расходы и энергия (1 т жидкой стали)
| Маршрут | Электричество | Водород | Примечания |
|---|---|---|---|
| Лом → EAF | ~0.35–0.60 МВт·ч | — | Лучше всего там, где много чистого лома |
| DRI(H₂) → EAF | ~3.2–4.2 МВт·ч* | ~50–60 кг | Электролизер + сжатие + EAF |
*Предполагается электролизеры ~50–55 кВт·ч/кг H₂ и чистая электроэнергия.
Что заменяем (только для контекста)
| Старый маршрут | Энергия сгорания | Основное топливо |
|---|---|---|
| BF/BOF (доменная печь) | ~4–6 МВт·ч/т (тепла) | Кокс/уголь |
| Дизельный транспорт шахт | — | Заменено электрическими мегаваннами (1 часть) |
Металлургию сохраняем, дым устраняем.
Предварительно рассчитанные сценарии заводов (без скриптов, удобные для магазина)
Сталь EAF (маршрут лома)
Только электричество. Режим зависит от состава лома и практики.
| Мощность | Средняя нагрузка | Минимум PV | 12-часовой склад | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/год | ~57 МВт | ~300 МВтp | ~0.68 ГВт·ч | Проект: 0.5 МВт·ч/т |
| 5 Mt/год | ~285 МВт | ~1.46 GWp | ~3.42 GWh | Цеха с несколькими печами |
Минимум PV по дневной энергии: PVМВтp ≈ Среднее (MW) × 5.14 (5,5 PSH, 85 % КПД).
Сталь DRI(H₂) + EAF
Электролизёры составляют основную нагрузку; EAF — спринтер.
| Мощность | Средняя нагрузка | Требуется H₂ | Минимум PV | 12-часовой склад |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/год | ~400 MW | ~55 kt/год | ~2.05 GWp | ~4.8 GWh |
| 5 Mt/год | ~2.0 GW | ~275 kt/год | ~10.3 GWp | ~24 GWh |
Мощность электролизеров (1 Mt/год): ~330–360 MW; EAF + другое: ~40–70 MW. Работаем с плавной, а не «зубчатой» микросетью.
Пространство и оборудование (типичные городки на 1 Mt/год)
| Блок | Площадь | Примечания |
|---|---|---|
| Цех плавки EAF (2–3 печи) | ~3–6 га | Закрытая, акустические панели |
| Шахта DRI + площадка для гранул | ~5–8 га | Если используется маршрут B |
| Зал электролизеров | ~2–4 га | Контейнеризированные блоки |
| Подготовка для литья/прокатки | ~3–5 га | Заготовки, пластины, «blooms» |
| PV поле (мин.) | ~3.0–3.5 км² | Около ~2.05 GWp |
| Площадка хранилища | ~0.5–1 км² | Контейнеры 4.8 ГВт·ч |
Совместное расположение с озером (часть 1) — для охлаждения воды и спокойствия.
Друзья стали (чистые печи для других металлов)
Алюминий — процесс Холла-Эрульта, электрифицирован от начала до конца
Оксид алюминия (Al₂O₃) превращается в расплавленный алюминий в электролитических ячейках. Совмещаем с электрическими кальцинаторами и, где возможно, инертными анодами, чтобы избежать выбросов перфторуглеводородов.
- Elektra: ~14–16 МВт·ч/т алюминия (плавка)
- Рафинирование и литье (электр.): +2–3 МВт·ч/т
- 500 кт/год завод: ~800 МВт в среднем • минимальная PV ~4.1 ГВтp • 12 ч. хранилище ~9.6 ГВт·ч
Медь — пирометаллургия + электрорафинация, аккуратно
Сульфидные концентраты тлеют экзотермически. SO₂ улавливаем и производим серную кислоту (полезный продукт), а в конце — электрорафинацию.
- Elektra: ~2.5–4.0 МВт·ч/т катода
- 1 Мт/год поселок: ~340 МВт в среднем • минимальная PV ~1.76 ГВтp • 12 ч. хранилище ~4.1 ГВт·ч
- Побочный продукт: кислородный цех питает промывочные цепи и соседей
Кремний — электрометаллургия
Кварц + уголь → металлургический кремний в ленточных печах. С чистой электроэнергией и улавливанием газа — яркая, но управляемая «молния».
- Elektra: ~11–14 МВт·ч/т
- Завод 100 тыс. т/год: ~137 МВт ср. • PV мин ~0.70 ГВтp • 12 ч хранилище ~1.6 ГВт·ч
- Путь к солнечным модулям: далее к производству пластин рядом (часть 3)
Воздух, вода и соседи (скучно чисто по замыслу)
Воздух
- Никаких коксовых батарей. Крышки EAF закрыты; дым промывается и фильтруется.
- Сбор SO₂. Поток медных газов → серная кислота; никакой «драмы с выбросами».
- Дуги дуги, а не трубы. Шум и свет контролируются кожухами.
Вода
- Закрытые контуры охлаждения с сухими охладителями; озеро балансирует сезоны.
- Ноль неочищенных выбросов; обычно практикуем «совсем не выпускаем».
- Дождь с PV-полей после простой очистки становится технологической водой.
Вопросы и ответы
«Водород опасен?»
Он энергетически плотный и заслуживает уважения — как электричество. Электролизёр держим на улице, трубы — короткие, датчики — везде, а проекты делаем намеренно «скучными».
«А как насчёт качества шлака?»
Агрессивно сортируем (часть 2: энергия внутрь, энергия наружу). Когда нужна чистая железа, DRI(H₂) заполняет пробел без столетних выбросов.
«Разве это не слишком много мощности?»
Да — в этом суть. Солнечная фабрика печатает мощность в масштабе (часть 3). Коллектор строим быстрее оправданий и подключаем прямо к печам.
Далее: Сталь: кости цивилизации — литьё плит, заготовок и балок (часть 5). Мы зальём солнце в формы, достаточно прочные, чтобы выдержать столетие.