Плавлення без диму — чисті печі для сталі та друзів
Вугілля побудувало перші хмарочоси; електрони створять іншу цивілізацію. У нашому світі печі не кочують — вони гудуть. Єдині «дим» — це тепло, яке ми свідомо збираємо.
Чому плавлення без диму (і чому це легше, ніж здається)
«Токсична» частина старої металургії була не сам метал — а горіння, що використовувалося для нагрівання та відновлення: вугілля у доменних печах, дизель у шахтних вантажівках, паливо для тепла процесу. Ми усуваємо горіння, залишаємо фізику. Електричні дуги, індукційні котушки та водень виконують ті ж роботи без побічних історій.
- Ті самі атоми, новий вогонь: електрони та H₂ замінюють кокс і дизель.
- Закрите тепло: відпрацьовані гази перетворюються на пару та тепло процесу, а не на погодну подію.
- Потужність у надлишку: сонячна насіннєва фабрика (3 частина) «друкує» необхідні мегавати.
Сталь без вуглецю — два чисті маршрути
Маршрут A — брухт → EAF (електродугова піч)
Плавимо перероблену сталь електричною дугою. Додаємо трохи вапна і кисню, знімаємо шлак, ллємо — і посміхаємося. Коли маємо хороший брухт, це найменш енергоємний шлях.
Електрика: ~0.35–0.60 MWh/т сталі O₂ та матеріали потоку: небагато Електроди: ~1–2 кг/тЗа вибором: для менших литтів — індукційні печі (схожа електрика на тонну).
Маршрут B — DRI(H₂) → EAF
Коли потрібне чисте залізо, руду редукуємо воднем у шахтній печі (DRI), потім плавимо в EAF. Водень — лише тимчасовий носій електронів. Жодного коксування, жодного синтеру.
Водень: ~50–60 кг H₂/т сталі Електрика (вкл. H₂): ~3.2–4.2 MWh/т Гранули: високої якості, мало домішокЕлектролізери ~50–55 кВт·год/кг H₂. Збільшуємо сонячне поле, щоб живити їх стабільно.
Пам’ятка на одну тонну (сталь)
Витрати та енергія (1 т рідкої сталі)
| Маршрут | Електрика | Водень | Примітки |
|---|---|---|---|
| Брухт → EAF | ~0.35–0.60 MWh | — | Найкраще там, де багато чистого брухту |
| DRI(H₂) → EAF | ~3.2–4.2 MWh* | ~50–60 кг | Електролізер + стиснення + EAF |
*Припускається електролізери ~50–55 кВт·год/кг H₂ і чиста електрика.
Що замінюємо (тільки для контексту)
| Старий маршрут | Енергія горіння | Основне паливо |
|---|---|---|
| BF/BOF (високі печі) | ~4–6 МВт·год/т (тепла) | Кокс/вугілля |
| Дизельний транспорт шахт | — | Замінено електричними мегаванами (1 частина) |
Металургію залишаємо, дими усуваємо.
Заздалегідь розраховані сценарії заводів (без скриптів, дружні до магазину)
Сталь EAF (маршрут брухту)
Тільки електрика. Режим залежить від складу брухту та практики.
| Потужність | Середнє навантаження | PV мін | 12 годин сховище | Примітки |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/рік | ~57 МВт | ~300 МВтp | ~0.68 ГВт·год | Проєкт: 0.5 МВт·год/т |
| 5 Mt/рік | ~285 МВт | ~1.46 GWp | ~3.42 GWh | Цехи з кількома печами |
PV «мін» за добовою енергією: PVМВтp ≈ Середн.(MW) × 5.14 (5,5 PSH, 85 % ККД).
Сталь DRI(H₂) + EAF
Електролізери складають основне навантаження; EAF — спринтер.
| Потужність | Середнє навантаження | Потрібен H₂ | PV мін | 12 годин сховище |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/рік | ~400 MW | ~55 kt/рік | ~2.05 GWp | ~4.8 GWh |
| 5 Mt/рік | ~2.0 GW | ~275 kt/рік | ~10.3 GWp | ~24 GWh |
Потужність електролізерів (1 Mt/рік): ~330–360 MW; EAF + інше: ~40–70 MW. Працюємо в спокійному, а не «зубчастому» мікромережі.
Простір та обладнання (типові містечка на 1 Mt/рік)
| Блок | Площа | Примітки |
|---|---|---|
| Цех плавки EAF (2–3 печі) | ~3–6 га | Закрита, акустичні плити |
| DRI шахта + майданчик для гранул | ~5–8 га | Якщо використовується маршрут B |
| Зал електролізерів | ~2–4 га | Контейнеризовані блоки |
| Підготовка лиття/прокатки | ~3–5 га | Заготовки, плити, «blooms» |
| PV поле (мін.) | ~3.0–3.5 км² | Близько ~2.05 GWp |
| Площа сховища | ~0.5–1 км² | 4.8 ГВт·год контейнери |
Спільне розташування з озером (1 частина) — для охолодження водою та спокою.
Друзі сталі (чисті печі для інших металів)
Алюміній — Hall‑Héroult, електрифікований від початку до кінця
Оксид алюмінію (Al₂O₃) перетворюється на розплавлений алюміній в електролітичних комірках. Поєднуємо з електричними кальцинаторами і, де можливо, з інертними анодами, щоб уникнути стрибків перфторвуглеводнів.
- Elektra: ~14–16 МВт·год/т алюмінію (плавлення)
- Рафінування та лиття (електр.): +2–3 МВт·год/т
- 500 кт/рік завод: ~800 МВт середньо • Мінімум PV ~4.1 ГВт·п • 12 год. сховище ~9.6 ГВт·год
Мідь — піротехнічна + електрорафінат, акуратно
Сульфідні концентрати тліють екзотермічно. SO₂ уловлюємо і виробляємо сірчану кислоту (корисний продукт), а наприкінці — електрорафінат.
- Elektra: ~2.5–4.0 МВт·год/т катода
- 1 Мт/рік містечко: ~340 МВт середньо • Мінімум PV ~1.76 ГВт·п • 12 год. сховище ~4.1 ГВт·год
- Побічний продукт: цех кислоти живить ланцюги промивання та сусідів
Силіцій — електрометалургія
Кварц + вугілля → металургійний силіцій у дугових печах. З чистою електроенергією та уловлюванням газів — яскравий, але керований «грім».
- Elektra: ~11–14 МВт·год/т
- 100 тис. т/рік фабрика: ~137 МВт середн. • PV мін ~0.70 ГВтp • 12 год. сховище ~1.6 ГВт·год
- Шлях до сонячних модулів: далі до виробництва пластин поруч (3 частина)
Повітря, вода і сусіди (нудно чисто за задумом)
Повітря
- Жодних коксових батарей. Кришки EAF закриті; дим промивається і фільтрується.
- Збір SO₂. Потік мідних газів → сірчана кислота; жодної «драми викидів».
- Блискавки дуги, а не димарі. Шум і світло контролюються кожухами.
Вода
- Закриті контури охолодження з сухими охолоджувачами; озеро балансує сезони.
- Нуль очищених викидів; зазвичай практикуємо «зовсім не викидаємо».
- Дощ із PV-полів після простого очищення стає технологічною водою.
Питання та відповіді
«Чи водень небезпечний?»
Він енергетично щільний і гідний поваги — як електрика. Електролізер тримаємо на вулиці, труби — короткі, датчики — скрізь, а проекти робимо навмисно «нудними».
«Як щодо якості брухту?»
Агресивно сортуємо (2 частина: енергія всередину, енергія назовні). Коли потрібне чисте залізо, DRI(H₂) заповнює прогалину, не приносячи столітніх викидів.
«Чи це не надто багато потужності?»
Так — і в цьому суть. Сонячна фабрика друкує потужність у масштабі (3 частина). Колектор будуємо швидше за виправдання і підключаємо прямо до печей.
Далі: Сталь: кістки цивілізації — лиття плит, заготовок і балок (5 частина). Заллємо сонце у форми, достатньо міцні, щоб тримати століття.