Tavení bez kouře — čisté pece pro ocel a přátele
Uhlí vytvořilo první mrakodrapy; elektrony vytvoří další civilizaci. V našem světě pece nekýchají — bzučí. Jediný „kouř“ je teplo, které záměrně sbíráme.
Proč tavení bez kouře (a proč je to jednodušší, než to zní)
„Toxická“ část staré metalurgie nebyl kov sám — byla to spalování, která se používala k jeho ohřevu a redukci: uhlí v vysokých pecích, nafta v důlních nákladních autech, olej pro procesní teplo. Odstraňujeme spalování, zachováváme fyziku. Elektrické oblouky, indukční cívky a vodík dělají stejné práce s méně vedlejšími efekty.
- Stejné atomy, nový oheň: elektrony a H₂ nahrazují koks a naftu.
- Uzavřený tepelný okruh: odpadní plyn se mění na páru a procesní teplo, není to jen povětrnostní jev.
- Abundance energie: solární továrna na semena (část 3) vyrábí megawatty, které potřebujeme.
Ocel bez uhlí — dvě čisté cesty
Trasa A — Šrot → EAF (elektrická oblouková pec)
Tavíme recyklovanou ocel elektrickým obloukem. Přidáme špetku vápna a kyslíku, odstraníme strusku, odléváme, usmíváme se. Toto je energeticky nejúspornější cesta, pokud je k dispozici kvalitní šrot.
Elektrická energie: ~0,35–0,60 MWh/t oceli O₂ a tavidla: mírné množství Elektrody: ~1–2 kg/tVolitelné: indukční pece pro menší slévárenské dávky (podobná spotřeba elektřiny na tunu).
Trasa B — DRI(H₂) → EAF
Když potřebujeme panenské železo, redukujeme železnou rudu vodíkem v šachtové peci (DRI), pak tavíme v EAF. Vodík je jen dočasný nosič elektronů. Žádné koksovny, žádné sintrovací hromady.
Vodík: ~50–60 kg H₂/t oceli Elektrická energie (včetně H₂): ~3,2–4,2 MWh/t Pelety: vysoce kvalitní, s nízkým obsahem nečistotElektrolyzéry při ~50–55 kWh/kg H₂. Solární zdroje předimenzujeme, aby je mohly klidně zásobovat.
Přehled na tunu (ocel)
Vstupy a energie (na 1 t kapalné oceli)
| Trasa | Elektrická energie | Vodík | Poznámky |
|---|---|---|---|
| Šrot → EAF | ~0,35–0,60 MWh | — | Nejlepší tam, kde je dostatek čistého šrotu |
| DRI(H₂) → EAF | ~3.2–4.2 MWh* | ~50–60 kg | Elektrolyzér + komprese + EAF |
*Předpokládá elektrolyzéry ~50–55 kWh/kg H₂ a čistou elektřinu.
Co nahrazujeme (pouze pro kontext)
| Starý způsob | Energie spalování | Hlavní palivo |
|---|---|---|
| BF/BOF (vysoká pec) | ~4–6 MWh/t (jako teplo) | Koks/uhlí |
| Dieselová přeprava v dole | — | Nahrazeno elektrickými dodávkami (část 1) |
Zachováváme metalurgii, odstraňujeme výpary.
Předpočítané scénáře závodu (přátelské k dílně, bez skriptů)
Ocel EAF (cesta šrotu)
Pouze elektřina. Rozsah zohledňuje mix šrotu a praxi.
| Kapacita | Průměrné zatížení | PV min | 12 h skladování | Poznámky |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/yr | ~57 MW | ~300 MWp | ~0.68 GWh | 0,5 MWh/t návrh |
| 5 Mt/rok | ~285 MW | ~1.46 GWp | ~3.42 GWh | Více pecí v zálivech |
PV „min“ velikost podle denní energie: PVMWp ≈ Průměr(MW) × 5,14 (5,5 PSH, 85% výtěžnost).
Ocel DRI(H₂) + EAF
Elektrolýzery dominují zatížení; EAF je sprinter.
| Kapacita | Průměrné zatížení | Potřebný H₂ | PV min | 12 h skladování |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/yr | ~400 MW | ~55 kt/yr | ~2.05 GWp | ~4.8 GWh |
| 5 Mt/rok | ~2.0 GW | ~275 kt/rok | ~10.3 GWp | ~24 GWh |
Rozdělení výkonu elektrolyzéru (1 Mt/rok): ~330–360 MW; EAF + zbytek: ~40–70 MW. Provozujeme je na klidné mikrosíti, ne na špičkové.
Prostor a vybavení (typické kampusy 1 Mt/rok)
| Blok | Oblast | Poznámky |
|---|---|---|
| EAF tavicí dílna (2–3 pece) | ~3–6 ha | Uzavřené, akustické panely |
| DRI šachta + sklad pelet | ~5–8 ha | Pokud se používá trasa B |
| Hala elektrolyzéru | ~2–4 ha | Kontejnerové sklady |
| Příprava odlévání/valcování | ~3–5 ha | Polotovary, desky, ingoty |
| Pole fotovoltaiky (min) | ~3.0–3.5 km² | Pro 2.05 GWp v blízkosti |
| Skladovací plocha | ~0.5–1 km² | 4.8 GWh kontejnery |
Spolupůsobíme s jezerem (část 1) pro chladicí vodu a klid.
Přátelé oceli (čisté pece pro jiné kovy)
Hliník — Hall‑Héroult, elektrifikováno od začátku do konce
Oxid hlinitý (Al₂O₃) se mění na roztavený hliník v elektrolytických článcích. Kombinujeme jej s elektrickými kalcinátory a, kde je k dispozici, inertními anodami k eliminaci špiček perfluorokarbonů.
- Elektrická energie: ~14–16 MWh/t hliníku (tavení)
- Rafinace a lití (elektrické): +2–3 MWh/t
- 500 kt/rok závod: ~800 MW průměr • PV min ~4.1 GWp • 12 h skladování ~9.6 GWh
Měď — pyrometalurgie + elektrorefinace, čisté
Sulfidové koncentráty taví exotermicky. Zachycujeme SO₂ pro kyselinu sírovou (užitečný produkt), poté dokončujeme elektrorefinací.
- Elektrická energie: ~2.5–4.0 MWh/t katody
- 1 Mt/rok kampus: ~340 MW průměr • PV min ~1.76 GWp • 12 h skladování ~4.1 GWh
- Vedlejší produkt: kyselinová stanice zásobuje loužicí okruhy a sousedy
Křemík — elektrometalurgie
Křemen + uhlík → metalurgický křemík v obloukových pecích. S čistou energií a zachytáváním odplynů je to jasná, řízená bouřka.
- Elektřina: ~11–14 MWh/t
- Závod 100 kt/rok: ~137 MW průměr • PV min ~0,70 GWp • 12 h skladování ~1,6 GWh
- Upstream k solární energii: cesty do waferových továren vedle (část 3)
Vzduch, voda a sousedé (nudně čisté podle návrhu)
Vzduch
- Žádné koksové baterie. Víka EAF zavřená; výpary čištěny a filtrovány.
- Zachytávání SO₂. Měděné odplyny → kyselina sírová; žádné drama u výfuku.
- Elektrický oblouk, ne komín. Hluk a světlo jsou uzavřeny v krytech.
Voda
- Uzavřené chladicí okruhy s suchými chladiči; jezero zvládá sezónní výkyvy.
- Žádný neupravený odpad; preferujeme „žádný odpad“ jako životní styl.
- Déšť z fotovoltaických polí se stává procesní doplňkovou vodou jednoduchou úpravou.
Otázky a odpovědi
„Je vodík nebezpečný?“
Je energická a zaslouží si respekt — jako elektřina. Elektrolyzéry držíme venku, potrubí krátká, senzory všude a design záměrně nudný.
„Co kvalita šrotu?“
Předtřídíme agresivně (část 2 energie dovnitř, energie ven). Když je potřeba panenské železo, DRI(H₂) vyplní mezeru bez dovozu století emisí.
„Není to hodně energie?“
Ano — a o to jde. Solární továrna vyrábí energii ve velkém (část 3). Stavíme kolektory rychleji než výmluvy, pak je přímo zapojujeme do pecí.
Dále: Ocel: Kosti civilizace — lití desek, polotovarů a nosníků (část 5). Nalijeme sluneční světlo do tvarů dostatečně pevných, aby vydržely století.