Pionieren voor het staal van de toekomst
We wíllen, móeten en gáán over naar groen staal. Dat is een enorme industriële transitie, en kost tijd. Tata Steel zit niet stil, en doet volop onderzoek naar nieuwe smeltmethodes, grondstoffen en processen. Met als doel: een CO2-neutrale staalproductie in 2045.
Het ‘Groen Staal-plan’ is de grootste industriële transitie ooit in Nederland. Om te snappen hoe Tata Steel de staalproductie vergroent, helpt het als je de stappen in staalproductie kent. Dat begint bij ijzererts: ijzerhoudend gesteente. Dit bevat naast zand en andere stoffen ook zuurstof. Die zuurstof moet eruit om staal te kunnen maken – een proces dat ‘reductie’ heet. Daarvoor gaat de ruwe grondstof samen met toegevoegde geconcentreerde kolen (kooks) in een hoogoven. De koolstofatomen uit de kooks binden met zuurstof in het ijzererts waarbij CO/CO2 vrijkomt. De gassen die uit de hoogovens komen worden afgevangen en hergebruikt. Het ijzererts begint vervolgens bij circa 1.250 °C te smelten. Het gesmolten ruwijzer gaat vervolgens verder het proces in voor de productie van allerlei hoogwaardige staalsoorten.
Kleine knikkers
IJzererts dat wij in IJmuiden gebruiken is zo klein als zandkorrels. Dat bemoeilijkt de reductie: tussen de fijne korrels ijzererts zit te weinig ruimte om vrijkomende gassen te laten ontsnappen. Daarom maakt Tata Steel van dat fijne ertszand eerst kleine ertsknikkertjes (pellets), van ongeveer 1 centimeter groot. Dat gebeurt in een eigen pelletfabriek in IJmuiden, waarmee Tata Steel uniek is in Europa. Met een speciaal recept voegt het ertszand, bindmiddelen en toeslagstoffen samen om er pellets van te bakken. De pellets gaan daarna samen met kooks de hoogoven in, waar zuurstof uit het erts wordt onttrokken. Onderin de hoogoven smelten de ertsbolletjes tot vloeibaar ruwijzer. Bij ongeveer 1500 °C gaat dit via vuurvaste treinwagons naar de staalfabriek, waar het wordt gegoten tot grote plakken staal die vervolgens in meerdere stappen worden uitgewalst en gecoat. Honderden verschillende klanten gebruiken het staal vervolgens voor de productie van batterijen en auto’s tot gebouwpanelen, meubels en voedselblikjes. Door de continue ontwikkeling in staalkwaliteiten kan er steeds dunner staal worden gebruikt waardoor bijvoorbeeld auto’s steeds lichter worden, daardoor minder CO2-uitstoten en toch langer meegaan.
Onderzoek en innovatie
Zo werkt het nu. Het nieuwe proces voor het groene staal lijkt erop, met één belangrijk verschil: de stappen moeten gebeuren in verschillende ovens: een nieuwe DRI-installatie en nieuwe elektrische ovens op (groene) stroom. Om die transitie mogelijk te maken, is nog heel wat R&D nodig, weet Nitte Van Landschoot, programmamanager decarbonisatie. Hij werkt daar hard aan samen met zijn collega’s. “Straks reduceert Tata Steel eerst in de DRI-installatie (direct reduced iron) de ertspellets, die daarna op een temperatuur van 600 °C de nieuwe elektrische ovens in gaan. Daar verhitten we ze tot circa 1600 °C, waarbij de restgassen van het proces worden opgevangen, behandeld en nuttig hergebruikt. Het ontstane vloeibare ruwijzer gaat ook nu via vuurvaste wagons naar de staalfabriek.”
Het nieuwe proces vereist een nieuw type pellet: de DRI-pellet. Dit ‘wonderknikkertje’ moet ook bij hogere temperaturen in de DRI-reactor stevig en vormvast blijven. Van Landschoot: “Daarnaast moet het voordelig te produceren zijn én geschikt voor gebruik in zowel de huidige hoogovens als de nieuwe Directe Reductie installatie en elektrische oven. Want in de overgangsfase zullen we een tijdlang het oude en nieuwe proces naast elkaar gebruiken.”
Al die veranderingen hebben een harde deadline: de eerste DRI-installatie en elektrische smeltoven moeten in 2030 in bedrijf. Daarmee daalt de CO2-uitstoot van Tata Steel met 40%.
Batch nummer 5.302
De druk staat er goed op bij de R&D-afdeling. “We zijn hard op zoek naar exact het juiste recept voor de DRI-pellet. Met de juiste ingrediënten en precies de goede bereidingswijze”, vertelt principal researcher Fanny Gerlings-Trausel. De afdeling waar zij werkt kan daarbij putten uit een archief van duizenden pelletrecepten. “Deze week onderzochten we batch 5.302, zoveel recepten zijn er sinds 2000 al gedocumenteerd. Het gaat de goede kant op: we weten inmiddels welke elementen in ijzererts en welke stappen in het productieproces bepalend zijn voor de sterkte van de pellets na reductie.” In 2027 moet het team deze Heilige Graal van duurzame staalproductie te pakken hebben, als kroon op vijftig jaar pellet-onderzoek.