Biopelkistimien käyttö masuunipohjaisessa raudanvalmistuksessa Suomessa – Teknistaloudellinen arviointi ja CO2 päästöjen vähennyspotentiaali

Noin 70 prosenttia maailmassa tuotetusta teräksestä valmistetaan integroidulla masuuni-konvertteri reitillä, joka perustuu neitseellisten raaka-aineiden käyttöön. Masuuniprosessissa käytetään suuri määrä fossiilisia, lähinnä hiilipohjaisia pelkistimiä, jotka aiheuttavat hiilidioksidipäästöjä ilmakehään. Fossiilisia hiilidioksidipäästöjä voidaan teräksenvalmistuksessa vähentää uusilla teknologioilla tai siirtymällä uusiutumattomista energialähteistä uusiutuviin. Biomassasta valmistetut pelkistimet eli biopelkistimet voisivat olla yksi mahdollinen keino alentaa masuunipohjaisen teräksenvalmistuksen ominaispäästöjä.

Väitöstutkimuksessa tarkastellaan biopelkistimien käytön teknistaloudellista potentiaalia masuunikäytössä ja aikaansaatavia hiilidioksidipäästövähenemiä laskennallisin keinoin eri systeemirajauksilla. Työssä keskitytään tarkastelemaan biopelkistimien hyödynnettävyyttä lähinnä Suomen tasolla, vaikka käytetyt tutkimusmetodit ovat sovellettavissa myös laajemmin. Väitöskirjassa arvioidaan biopelkistimien metallurgisia ominaisuuksia, niiden vaikutusta masuuniprosessiin ja laajemmin muihin terästehtaan prosesseihin, pääpainon ollessa saavutettavan hiilidioksidipäästövähenemän tarkastelussa. Työssä tarkastellaan myös biopelkistimien valmistuksen hiilidioksidipäästöjä, energiankulutusta ja tuotantokustannuksia sekä energiapuun saatavuutta biopelkistimien tuotantoon.

Väitöstyössä saatiin selville, että biopelkistimillä voidaan korvata merkittävä osuus masuunipohjaisessa raakaraudan tuotannossa käytettävistä fossiilisista pelkistimistä. Suurin fossiilisten pelkistimien korvaavuus masuunissa saavutetaan käyttämällä puuhiili-injektiota. Työssä tarkasteltujen biopelkistimien; torrefioidun puun, puuhiilen ja Bio-SNG:n hiilijalanjälki on varsin maltillinen verrattuna fossiilisiin pelkistimiin ja niiden tuotanto on energeettisesti järkevää. Näin ollen teräksen tuotannon fossiilisia hiilidioksidipäästöjä voidaan laskea merkittävästi.

Biopelkistimien taloudellinen kannattavuus verrattuna fossiilisiin pelkistimiin on tällä hetkellä heikko, mutta kilpailukykyinen verrattuna muihin hiilidioksidipäästöjen vähennyskeinoihin, kuten hiilidioksidin talteenottoon ja -varastointiin. Tulevaisuuden energiapolitiikan myötä biopelkistimien kilpailukyky voi parantua fossiilisiin pelkistimiin nähden. Energiapuun saatavuus biopelkistimien valmistukseen on suurin alueilla, jotka sijaitsevat lähellä Suomen terästehtaita. Biopelkistimien tuotannon kannattavuutta voitaisiin edelleen parantaa tuottamalla useita tuotteita ja hyödyntämällä prosessi-integraatiota.