Teknik för stålproduktion

Stål produceras via ett dussintal olika processteg i olika konfigurationer som har påverkats av produktval, tillgängliga råmaterial, energitillförsel och kapitaltillgång. Trots en komplex industristruktur så används ett relativt begränsat antal processer som använder liknande råvaror och energiresurser.

Två principiella processvägar används i dag:

• Järnmalmsbaserad produktion i masugn (Blast Furnace) och med syr- gasprocess (Basic Oxygen Furnace). Masugnsprocessen, brukar också kallas integrerade stålverk, baseras på 70100 % järnmalm och resten me- tallskrot.

• Skrot/DRI-baserad stålproduktion med ljusbåge (Electric Arc Furna- ce) baseras på skrot och direkt reducerad järnmalm (DRI-sponge iron). Stålproduktion via ljusbåge brukar ske i s.k. mini-mills, d.v.s. mindre stålverk.

Stålprodukter har olika kvalitet beroende på bl.a. vilken råvara de utgår ifrån (skrot eller järnmalm). Stål för bearbetning inom t.ex. fordonsindustrin och för vitvaror betingar ett högre värde och exporteras också i högre grad utanför EU. Stål som används för byggkonstruktion (balkar m.m.) handlas till större del regionalt. Järn- malmbaserad produktion producerar i högre del stålprodukter för vidare bearbet- ning, medan skrotbaserad produktion i högre grad tillverkar stål för konstruktions- ändamål.

Utsläpp från stålindustrin kan jämföras på olika sätt, antingen per land eller på anläggningsnivå mellan liknande processer. Den mest relevanta jämförelsen är att titta på anläggningsnivå och jämföra mellan samma processer, t.ex. mellan järn- malmsbaserad stålproduktion. Figur 4 nedan visar CO2-intensitet uppdelad på olika processer och råvaror.

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Skrot/ ljusbå ge Järn malm/m asug n (d agens snitt) Järnm alm/m asug n (B AT) DRI ( kol)/l jusbåge DRI(gas )ljus båge ton C o2/ t on S tål

Figur 4. CO2-intensitet för olika typiska stålproduktionsprocesser. Baserat på IEA 2007.

Utsläppen är mycket beroende av vilken process som används vilket i sin tur är beroende av om man använder järnmalm eller återvunnen metall samt kvaliteten på råvarorna och energipriser. Vid användning av återvunnen metall via ljusbågsugnar (Electric Arc Furnace-processen) så blir de direkta processutsläppen mindre, me- dan elanvändningen ökar jämfört med att använda masugnsprocessen (Basic Oxy- gen Furnace).

Inom EU släpper produktion av masugnsstål (BOF) ut ca 2 tonCO2e/ton stål medan ljusbågsstål (EAF) släpper ut 0,4 ton CO2/ton stål enligt EU KOM et al (2006). DRI/EAF-stål baserad på kol kan släppa ut så mycket som 2,5 till 3 ton CO2/ton stål och baserad på naturgas 0,8 till 1,2 ton CO2/ton stål (IEA 2007).

Att jämföra CO2-intensitet mellan olika länder och regioner är svårt och inte speci- ellt relevant då råvaror, produkter och förutsättningar skiljer sig mycket åt. Tabell 2 nedan med siffror hämtade från TNO (2009) baseras på tillgänglig statistik från IEA/USGS och visar CO2-intensiteten för ett antal länder med olika beräknings- metoder.

Tabell 2. CO2-utsläpp och CO2-intensitet per land/region för ett urval länder. Taget från TNO

2009 som baseras på data från USGS 2009 samt IEA 2007. CO2-intensitet (tCO2/t stål) baserat på default e-effektivitet CO2-intensitet (tCO2/t stål) baserat på inter- nationell statistik Andel malmbase- rad stålproduk- tion (%) EU 0,730 0,730 ~50 Sverige 1,290 0,690 ~66 USA 0,670 0,540 43 Japan 1,690 0,720 74 Kina 2,410 1,850 87

Indien (exkl. indirekta utsläpp)

1,470 2,240 47 Brasilien 1,600 1,880 74

Tabell 2 och Figur 4 ovan visar på stora skillnader mellan OECD-länder och u- länder och på hur det kan slå olika beroende på hur man räknar. Den största skill- naden förklaras med tillgång till olika råvaror (järnmalm och skrot som i princip bestämmer andelen malmbaserad produktion), olika elproduktion samt till viss del tillgång till gas eller kol och inhemskt koksproduktion. Framförallt för Sverige skiljer det sig förvånansvärt mycket i Tabell 2. Den generella slutsatsen från Figur 4 är att jämförelser mellan länder och regioner i dagsläget knappast är relevant på grund av olika förutsättningar såsom tillgång till skrot, elproduktion, järnmalm m.m. IEA har anammat detta och redovisar inte skillnader mellan länder/regioner för järn- och stålproduktion. För att få fram användbara siffror måste man gå ner i detalj på olika stålsorter och produktionstekniker för att jämföra.

Inom EU så är ungefär 50 % av stålproduktionen baserad på ljusbågprocessen (d.v.s. skrotbaserad) och samma gäller för USA (IEA 2008a). Detta kan jämföras med Kina som har en betydligt högre andel högbaserat på järnmalm (>87 %) vilket är naturligt i en uppbyggnadsprocess av industrin då det fortfarande inte finns mycket återvunnet stål. Ungefär 2/3 av svenskt stål är baserat på järnmalm och syrgasprocessen.

6.2.3 Reduktionspotential på kort och lång sikt

Möjligheterna att reducera utsläpp från järn- och stålindustrin på kort sikt är fram- förallt genom olika energieffektiviseringsåtgärder. I snabbt växande länder såsom Kina och Indien finns även potential att fasa ut små, omoderna anläggningar och ersätta dem med nya, effektiva.

Inom OECD har energieffektiviteten ökat de senaste 20 åren då man framförallt blivit bättre på att ta tillvara på restgaser, på att återanvända energi samt på konti- nuerlig energieffektivisering i hela processen. Det finns ett antal olika tekniker för att öka energieffektiviteten i stålprocesserna varav många syftar till att ta bättre tillvara på restgaser eller värmeåtervinning. Priset på el och andra energiråvaror

effektivitet tack vare specifika styrmedel för energieffektivisering, t.ex. Japan. I många u-länder är el- och energipriser till strategisk industri subventionerade (di- rekt eller indirekt) och effektivisering åstadkoms istället genom reglering (i den mån det görs) t.ex. genom krav vid ombyggnad/tillståndsgivning. Worrel et al (2009) uppskattar effektiviseringspotentialen inom järn- och stålindustrin till 40 % för Kina, Indien och USA, detta baserat på att man skiftar till bästa tillgängliga teknik. Betydligt lägre potential återfinns i Japan (15 %) som haft en mer aktiv politik för energieffektivisering (ibid).

IEA (2008) har gjort analyser på ”effektiviseringsgapet” mellan dagens genom- snittliga använda teknik och den bästa tillgängliga tekniken, se Figur 5, som skulle kunna realiseras med nyinvesteringar och/eller en aktivare klimatpolitik (högre CO2-pris).

Figur 5. CO2-reduktionspotential för stål och järn år 2005. Baserat på bästa tillgängliga teknik

(BAT). Taget från IEA 2007.

Figur 5 visar dels den uppskattade reduktionspotentialen och den specifika reduk- tionspotentialen per ton stål för olika regioner/länder. Ifall bästa tillgängliga teknik (BAT) används uppskattas potentialen till effektivisering inom järn och stål till 4,5 EJ, vilket skulle ge ca 0,34 Gton minskade CO2eutsläpp per år. Den största poten- tialen i absoluta tal finns i Kina (ca 0,16 Gton CO2e) enligt IEA (2007).

Nya anläggningar som byggs främst i Kina och andra snabbt växande länder i dag byggs generellt redan i standard med bästa tillgängliga teknik. Undantag kan vara nya små anläggningar i t.ex. Indien som baseras på direktreducerat järn med

elljusbåge teknik (DRI/EAF) som växer för att täcka ett lokalt behov med låga investeringskostnader (Sreenivasamurthy 2008).

På längre sikt är det ofta en energi- och kostnadseffektiv åtgärd att öka återanvänd- ningen av skrot och således öka andelen stål tillverkad med elljusbågsbaserat stål vilket minskar utsläppen (se Figur 5). I dag är ca 1/3 av allt stål baserat på skrot globalt. Andel skrotbaserat stål skiljer sig åt mellan olika regioner. Ett CO2-pris ökar värdet på skrot och kan således i längden antas öka andelen ljusbågprocesser. Detta är dock starkt beroende på vad som sker på elmarknaden i berörda länder. Ett flertal u-länder har subventionerade elpriser.

På ännu längre sikt, för att nå riktigt låga utsläppsnivåer, finns det möjlighet till koldioxidinfångning och lagring (CCS) och att använda CO2-neutrala alternativ till koks. Alternativen till koks som reduktionsagent är väte och träkol (används redan till viss del i Brasilien). Även en ökad återanvändning av t.ex. plast kan minska processutsläppen på en livscykelbasis. Inom EU och globalt bedrivs mycket forsk- ning kring dessa alternativ, men fortfarande är steget långt till att på kommersiella villkor introducera CCS och ersätta koks.

6.2.3.1 KINA

Kina är i dag världens största stålproducent med en produktion på ca 500 Mton/år. Större delen (ca 40–45 %) av produktionskapaciteten ägs av statliga bolag och en liknande stor del av lokala offentliga aktörer (kommuner m.m.). Utländskt ägande är begränsat. Kinas stålproduktion hänger samman med den övriga industri- och utvecklingspolitiken och Kina har historiskt på olika sätt subventionerat tillväxten av stålproduktionen. På senare år har man dock försökt begränsa produktionstill- växten och även försökt begränsa exporten av stål med bl.a. exportskatter (dessa reducerades kraftigt igen efter den finansiella krisen). Skälen sägs bl.a. vara pro- blem men kolbrytning (tillgång, hälsa etc.), oro över ett växande handelsöverskott med USA och även att undvika prisökningar i Kina genom att minska exporten (Yu and Yang 2010). Kinas stålproduktion är framförallt (till 89 %) malmbaserad då tillgång till skrot är låg för ett land i uppbyggnadsfas.

6.2.3.2 INDIEN

Indien producerar ca 55 Mton stål/år och produktionen är till största delen ägd av privata aktörer samt domineras av fyra stora organisationer/företag. I Indien finns en stor del mindre stålverk som vuxit fram de senaste åren och baserar sig på kol- baserad DRI med höga utsläpp av CO2 (Sreenivasamurthy 2008). Denna produk- tionskapacitet kräver relativt lite investeringskapital och försörjer en lokal marknad samt står delvis utanför centralregeringens kontroll (ibid). Indien förväntas öka sin produktion av stål till uppemot 100 Mton/år till 2020 (CSE 2010) och till 2030 antar McKinsey (2009d) att Indien kommer att ha en produktion på 300 Mton/år.

6.2.3.3 BRASILIEN

Brasiliens järn- och stålindustri är annorlunda då man använder upp till 35 % träkol som reduktionsmedel istället för koks (McKinsey 2009b). Produktionen av stål förväntas öka kraftigt i Brasilien drivet av export och inhemsk efterfrågan. Fram- tida möjligheterna till att reducera utsläppen ligger framförallt i energieffektivise- ring samt ökad användning av träkol istället för koks (McKinsey 2009b).

6.3 Cementindustrin

6.3.1 Global översikt

I dag är en stor del av den globala cementproduktionen och konsumtionen alltmer koncentrerad till växande ekonomier där det av naturliga skäl byggs mycket. Kina har ungefär 47 % av den globala cementproduktionen, men även Indien är en stor aktör i detta sammanhang med 6 % av den globala cementproduktionen (IEA 2008a). Cementindustrin använder globalt ca 8 EJ primärenergi och släpper ut ca 1,8 Gton CO2e/år (IEA 2008a).

I Sverige tillverkas cement på tre platser (Degerhamn, Skövde och Slite) och pro- duktionen ägs av Cementa som ingår i Heidelbergkoncernen.

Marknaden för cement och klinker är till stora delar regional, dels på grund av relativt höga transportkostnader, dels på grund av industristruktur och kvalitets- aspekter (för byggindustrin är pålitlighet, leveranssäkerhet och kvalitet viktiga aspekter vid sidan av priset). Det finns även viss prisskillnad mellan den globala spotmarknaden och den regionala ”säkra marknaden” men handel med klinker ökar internationellt (Åhman 2004).