Vi trenger stål til bygninger, broer, kjøretøy, redskaper, fabrikker og mer.

Det setter spor i atmosfæren. Jern- og stålindustrien står for 11 prosent av de globale CO2-utslippene, ifølge CarbonBrief.

En av årsakene til de høye utslippene er at det brukes kull for å fjerne oksygen fra jernmalm. Da blir restproduktet CO2.

Men det er mulig å bruke hydrogen for å gjøre det samme. Da blir det bare vanndamp til overs.

I juni meldte svenske HYBRIT at de hadde lyktes med å produsere 100 tonn jernsvamp ved å bruke hydrogen på pilotskala. Jernsvamp er et porøst materiale som brukes til å lage jernpulver. Det brukes igjen i produksjon av stål.

Stålprodusenten SSAB har nå sendt første leveranse av fossilfritt stål til en kunde, Volvo. Volvo skal lage deler og konseptkjøretøy med fossilfritt stål, meldte de i april.

Vil kutte CO2-utslippene

HYBRIT er et samarbeid mellom den svenske stålprodusenten SSAB, det statseide svenske gruveselskapet LKAB og den statseide kraftprodusenten Vattenfall.

De jobber med å kutte ut bruken av fossile kilder i alle ledd av stålproduksjonen fra malmen hentes ut fra gruva, til et ferdig produkt.

Målet er å kunne tilby fossilfritt stål på markedet innen 2026.

– For å drive omstillingen og bli verdens første fossilfrie velferdsland, er samarbeid mellom næringsliv, akademia og det offentlige avgjørende, sier Sveriges næringsminister Ibrahim Baylan i en pressemelding.

– Det arbeidet som gjøres av SSAB, LKAB og Vattenfall innenfor rammen av HYBRIT driver utviklingen av hele industrien og er et internasjonalt forbilde.

Forskes i flere ledd

HYBRIT jobber med å finne metoder for å lage jernmalmpellets uten å bruke fossile brensler. Det gjøres forsøk med bioolje og andre alternativer.

Ved et pilotanlegg i Luleå renses jernmalmpellets for oksygen ved hjelp av hydrogen. Resultatet blir porøse kuler av rent metallisk jern som altså kalles jernsvamp. Hydrogenet er produsert ved elektrolyse av vann med fossilfri strøm.

Jernsvampen smeltes så i en lysbueovn som drives av elektrisitet.

– Ny teknolgi

Ida Teresia Kero er seniorforsker ved avdeling for metallproduksjon og prosessering ved Sintef. Hun sier at svenskene følger et spennende spor ved å ta i bruk grønt hydrogen i stålproduksjon.

– Som forsker så er det det mest spennende som finnes når det kommer en helt ny teknologi som settes ut i livet og som fungerer, sier hun til forskning.no.

Hun sier at metallindustrien verden over nå jobber med å finne måter å redusere klimagassutslipp. Men det er ikke enkelt, som Kero og kolleger har skrevet om før på Gemini.no.

– Det forskes og utvikles på spreng vil jeg si.

Det vil trolig bli et økt behov for metaller i årene som kommer.

– Det er jo sånn at skal vi komme oss igjennom det grønne skiftet, så er det voldsomme mengder med metaller som skal til. Vi kan ikke lage vindmøller, solcellepaneler eller batterier uten materialer. Når vi digitaliserer samfunnet må vi også ha metaller.

– Det er på mange måter nøkkelindustrien vi snakker om her, og alle i bransjen vet at de må kutte utslippene.

Derfor brukes kull

Jernet i jordskorpa finnes sjelden i ren form, det har bundet seg sammen med oksygenatomer og dannet jernoksid.

– Det er sånn med det meste av metallproduksjon at man starter med malm. Det er mineraler som ofte er oksidiske, det er som regel ganske mye oksygen i mineralene, sier Kero.

Oksygenet må fjernes på en eller annen måte, sier Kero. Da brukes et såkalt reduksjonsmiddel.

Oksygenet liker seg veldig godt sammen med metallatomene. Man må derfor tilby et fristende alternativ, som Birgit Ryningen tidligere har skrevet på forskning.no.

I tillegg trengs det energi for å bryte båndene mellom atomene.

Karbon er et slikt fristende alternativ. Oksygen liker seg godt sammen med karbon i molekylet CO2.

Det er vanligst å bruke en masovn for å rense jernmalm og lage råjern. Masovnen fylles kontinuerlig med jernoksid, koks (kull) og kalkstein, ifølge Store norske leksikon.

I prosessen vil oksygenet slippe taket i jernatomene, slå seg sammen med karbon og danne CO2, mens jernet blir renset for oksygen.

Bygger på kjent metode

– Hvis man skal kutte CO2-utslippene helt, så må man fjerne karbonet. Da må man ha et annet reduksjonsmiddel. Det er ingen vei utenom, sier Ida Teresia Kero.

Oksygen liker seg også godt sammen med hydrogen i vannmolekylet H2O. Hydrogen kan brukes som reduksjonsmiddel for jern.

– På den måten er vi ganske heldige. Fordi jern og stål er den desidert største metalltypen som produseres og brukes i verden i dag. Det er voldsomme mengder.

Svenskene er de første som har produsert stål på denne denne måten på et pilot-nivå.

Istedenfor å bruke masovn, har HYBRIT brukt en teknikk for direktereduksjon. Da smeltes ikke jernet i reduksjonsprosessen.

Direktereduksjon er en metode som allerede er i bruk. I Midt-Østen er det flere produsenter som gjør direktereduksjon ved hjelp av billig naturgass, ifølge konsulentfirmaet McKinsey & Company. Men dette slipper ut CO2.

Etterpå smeltes jernsvampen som oftest i en lysbueovn som går på elektrisitet.

Må ha fornybar energi

Det er ikke tilfeldig at Sverige er i front med å lage fossilfritt stål. De har god tilgang på fornybar energi.

– Ikke noe av dette ville gi mening hvis man har kullkraft i bunn, sier Kero.

Det trengs mye strøm for å lage grønt hydrogen og til å drive utvinningen.

Fossilfri stålproduksjon vil kreve 15 terawattimer (TWh) strøm i året hvis SSAB skal produsere på samme nivå som i dag, ifølge en pressemelding fra stålselskapet. Hvis gruveselskapet LKAB skal legge om, vil det kreve 55 TWh i året, da inkludert strømforbruket til SSAB.

Det vil utgjøre omtrent en tredjedel av Sveriges kraftproduksjon, som var 165 TWh i 2019, ifølge E24.

Til gjengjeld har initiativet potensial til å kutte 10 prosent av Sveriges klimagassutslipp, ifølge Vattenfall.