Wytapianie bez dymu — czyste piece dla stali i przyjaciół
Węgiel stworzył pierwsze drapacze chmur; elektrony stworzą następną cywilizację. W naszym świecie piece nie kaszlą — brzęczą. Jedyny „dym” to ciepło, które celowo zbieramy.
Dlaczego wytapianie bez dymu (i dlaczego jest łatwiejsze, niż się wydaje)
„Toksyczna” część starej metalurgii nie była metalem samym w sobie — to było spalanie używane do jego podgrzewania i redukcji: węgiel w wielkich piecach, olej napędowy w ciężarówkach kopalnianych, olej do ciepła procesowego. Usuwamy spalanie, zachowujemy fizykę. Łuki elektryczne, cewki indukcyjne i wodór wykonują te same zadania z mniejszą ilością skutków ubocznych.
- Te same atomy, nowy ogień: elektrony i H₂ zastępują koks i olej napędowy.
- Obieg zamknięty ciepła: gaz odpadowy staje się parą i ciepłem procesowym, a nie zjawiskiem pogodowym.
- Nadwyżka mocy: fabryka nasion słonecznych (Część 3) generuje potrzebne megawaty.
Stal bez węgla — dwie czyste trasy
Trasa A — Złom → EAF (Piec łukowy elektryczny)
Topimy stal z recyklingu w piecu łukowym elektrycznym. Dodajemy szczyptę wapna i tlenu, usuwamy żużel, odlewamy, uśmiechamy się. To najlżejsza energetycznie trasa, gdy dostępny jest dobry złom.
Elektryczność: ~0.35–0.60 MWh/t stali O₂ i topniki: umiarkowane Elektrody: ~1–2 kg/tOpcjonalnie: piece indukcyjne do mniejszych partii odlewniczych (podobne zużycie energii na tonę).
Trasa B — DRI(H₂) → EAF
Gdy potrzebujemy pierwotnego żelaza, redukujemy rudy żelaza wodorem w piecu szybowym (DRI), a następnie topimy w EAF. Wodór jest tylko tymczasowym nośnikiem elektronów. Brak pieców koksowniczych, brak stosów aglomeratu.
Wodór: ~50–60 kg H₂/t stali Elektryczność (w tym H₂): ~3.2–4.2 MWh/t Pelety: wysokiej jakości, niskie zanieczyszczeniaElektrolizery przy ~50–55 kWh/kg H₂. Przewymiarowujemy instalacje słoneczne, aby zasilać je spokojnie.
Szybki przewodnik na tonę (stal)
Wejścia i energia (na 1 t płynnej stali)
| Trasa | Elektryczność | Wodór | Notatki |
|---|---|---|---|
| Złom → EAF | ~0.35–0.60 MWh | — | Najlepsze tam, gdzie czysty złom jest obfity |
| DRI(H₂) → EAF | ~3.2–4.2 MWh* | ~50–60 kg | Elektrolizer + kompresja + EAF |
*Zakłada elektrolizery ~50–55 kWh/kg H₂ i czystą energię elektryczną.
Co zastępujemy (tylko dla kontekstu)
| Stara trasa | Energia spalania | Główne paliwo |
|---|---|---|
| BF/BOF (wielki piec) | ~4–6 MWh/t (jako ciepło) | Koks/węgiel |
| Transport kopalniany na olej napędowy | — | Zastąpione przez elektryczne vany (Część 1) |
Zachowujemy metalurgię, usuwamy opary.
Wstępnie obliczone scenariusze zakładowe (przyjazne dla warsztatu, bez skryptów)
Stal EAF (trasa złomowa)
Tylko energia elektryczna. Zakres uwzględnia mieszankę złomu i praktykę.
| Pojemność | Średnie obciążenie | Min. PV | 12 h magazynowania | Notatki |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/rok | ~57 MW | ~300 MWp | ~0.68 GWh | 0.5 MWh/t projekt |
| 5 Mt/rok | ~285 MW | ~1.46 GWp | ~3.42 GWh | Wiele pieców w zatokach |
PV „min” dobrane według dziennej energii: PVMWp ≈ Średnio(MW) × 5.14 (5.5 PSH, 85% wydajności).
Stal DRI(H₂) + EAF
Elektrolizery dominują obciążenie; EAF jest sprinterem.
| Pojemność | Średnie obciążenie | Potrzebny H₂ | Min. PV | 12 h magazynowania |
|---|---|---|---|---|
| 1 Mt/rok | ~400 MW | ~55 kt/rok | ~2.05 GWp | ~4.8 GWh |
| 5 Mt/rok | ~2.0 GW | ~275 kt/rok | ~10.3 GWp | ~24 GWh |
Podział mocy elektrolizera (1 Mt/rok): ~330–360 MW; EAF + reszta: ~40–70 MW. Uruchamiamy je na stabilnej mikrosieci, nie na niestabilnej.
Przestrzeń i wyposażenie (typowe kampusy 1 Mt/rok)
| Blok | Obszar | Notatki |
|---|---|---|
| Huta łukowa EAF (2–3 piece) | ~3–6 ha | Zamknięte, panele akustyczne |
| Szyb DRI + plac na pelety | ~5–8 ha | Jeśli używasz trasy B |
| Hala elektrolizera | ~2–4 ha | Stosy w kontenerach |
| Przygotowanie odlewania/walcowania | ~3–5 ha | Kęsy, bloki, półwyroby |
| Pole PV (min) | ~3,0–3,5 km² | Dla 2,05 GWp w pobliżu |
| Plac magazynowy | ~0,5–1 km² | Kontenery 4,8 GWh |
Lokalizujemy się przy jeziorze (Część 1) dla wody chłodzącej i spokoju.
Przyjaciele stali (czyste piece dla innych metali)
Aluminium — Hall‑Héroult, zelektryfikowane od początku do końca
Alumina (Al₂O₃) staje się stopionym aluminium w komórkach elektrolitycznych. Łączymy ją z elektrycznymi kalcynatorami i, tam gdzie dostępne, beztlenowymi anodami, aby wyeliminować skoki perfluorowęglowodorów.
- Energia elektryczna: ~14–16 MWh/t aluminium (wytapianie)
- Rafinacja i odlewanie (elektryczne): +2–3 MWh/t
- Zakład 500 kt/rok: ~800 MW średnio • PV min ~4,1 GWp • 12 h magazynowania ~9,6 GWh
Miedź — piroliza + elektrorefinacja, czysto
Koncentraty siarczkowe topią się egzotermicznie. Zbieramy SO₂ do kwasu siarkowego (użyteczny produkt), a następnie kończymy elektrorefinacją.
- Energia elektryczna: ~2,5–4,0 MWh/t katody
- Kampus 1 Mt/rok: ~340 MW średnio • PV min ~1,76 GWp • 12 h magazynowania ~4,1 GWh
- Produkt uboczny: zakład kwasowy zasila obwody ługowania i sąsiadów
Krzem — elektrometalurgia
Kwarc + węgiel → krzem metalurgiczny w piecach łukowych. Z czystą energią i wychwytem gazów odpadowych to jasna, kontrolowana burza.
- Elektryczność: ~11–14 MWh/t
- Zakład 100 kt/rok: ~137 MW średnio • PV min ~0,70 GWp • 12 h magazynowania ~1,6 GWh
- W górę do słońca: trasy do fabryk wafli obok (część 3)
Powietrze, woda i sąsiedzi (nudno czysto z założenia)
Powietrze
- Brak baterii koksowych. Pokrywy pieców łukowych zamknięte; opary oczyszczane i filtrowane.
- Uchwycenie SO₂. Gaz miedziany → kwas siarkowy; bez dramatów z rur wydechowych.
- Błysk łuku, nie komin. Hałas i światło ograniczone przez obudowy.
Woda
- Zamknięte obiegi chłodzenia z suchymi chłodnicami; jezioro radzi sobie z wahaniami sezonowymi.
- Zero nieuzdatnionych zrzutów; wolimy „brak zrzutów” jako styl życia.
- Deszcz z pól PV staje się wodą procesową po prostym uzdatnieniu.
Pytania i odpowiedzi
„Czy wodór jest niebezpieczny?”
To energia, która zasługuje na szacunek — jak elektryczność. Trzymamy elektrolizery na zewnątrz, rury krótkie, czujniki wszędzie, a projekty celowo nudne.
„A co z jakością złomu?”
Sortujemy agresywnie (część 2: energia w, energia na wyjściu). Gdy potrzebne jest żelazo pierwotne, DRI(H₂) wypełnia lukę bez importowania emisji z całego wieku.
„Czy to nie jest dużo mocy?”
Tak — i o to właśnie chodzi. Fabryka słoneczna produkuje energię na dużą skalę (część 3). Budujemy kolektory szybciej niż wymówki, a następnie podłączamy je bezpośrednio do pieców.
Następne: Stal: Kości cywilizacji — odlewanie płyt, billetów i belek (część 5). Wlejemy światło słoneczne w kształty na tyle wytrzymałe, by przetrwać wiek.