Nhà sản xuất thép Ovako đã xây dựng một cơ sở cung cấp hydro tại một trong những nhà máy thép của doanh nghiệp ở Thụy Điển với ý định khai thác hết công suất vào mùa hè 2023. E&T tìm hiểu sâu hơn về dự án và ý nghĩa của dự án đặc biệt với mục tiêu tương lai của công ty, sản xuất thép trung hòa carbon.

Ẩn mình trong một thị trấn cổ kính phía nam Stockholm là 1 trong 9 nhà máy sản xuất thép của Ovako. Khu Hofors của công ty có lịch sử hình thành từ giữa thế kỷ 16, hiện đang đóng vai trò là trung tâm công ty với các xưởng cán thép và đúc phôi thép, các xưởng sản xuất thep ống và thép vòng.

Giờ đây, tổ hợp nhà máy sản xuất thép chào đón một bổ sung mới cho khu chế xuất Hofors, một phần trong những bước tiếp theo của công ty trong hành trình khử cacbon, một nhà máy hydro.

Cơ sở cung cấp hydro mới của hãng Ovako ở Hofors sẽ khiến nhà máy sản xuất thép Ovako trờ thành một trong những nhà máy đầu tiên trên thế giới đốt nóng thép bằng hydro trước khi cán trong môi trường sản xuất hiện nay. Đây là bước quan trọng tiếp theo của công ty, hướng tới sản xuất thép trung hòa carbon, thay thế khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) bằng hydro sản xuất sạch không sử dụng nhiên liệu hóa thạch.

Mikael Persson, giám đốc dự án tại Ovako trong cuộc phỏng vấn với E&T cho biết: “Chúng tôi muốn chứng minh cho thế giới thấy, thực sự có thể nung nóng thép mà không cần xả thải carbon dioxide và chúng tôi đang thực hiện điều đó. “Dự án  mới sẽ mang lại cho những nhà sản xuất khác, đang kinh doanh trong lĩnh vực thép một lợi thế công nghệ, giảm thiểu lượng khí thải carbon tổng thể của ngành thép.”

Theo đại diện của Ovako, nhà máy 17MW sẽ cung cấp 3.500m3 hydro phi hóa thạch mỗi giờ. Việc chuyển đổi từ khí tự nhiên hóa lỏng sang hydro cũng sẽ cho phép Ovako giảm 50% lượng khí thải CO 2 cho quá trình sản xuất thép ở Hofors so với mức vốn đã thấp.

Nhà máy thép Hofors của Ovako hiện cũng là nơi có nhà máy điện phân lớn nhất ở châu Âu. Nhóm nghiên cứu tại địa điểm cho biết, nhà máy điện phân có công suất 8 tấn hydro mỗi ngày, công suất định mức 20MW.

Persson đưa các phóng viên E&T đến nhà điện phân, nằm gần lò nung để đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra thuận lợi. Phòng điện phân là một thiết kế mô-đun bao gồm 8 ngăn xếp. Ovako đã lắp đặt máy lọc, bể chứa, máy nén và hệ thống đường ống, cộng với máy biến áp điện và bộ chỉnh lưu, đồng thời có hệ thống điều khiển và tự động hóa tích hợp trong nhà máy hydro, về cơ bản phần lớn cơ sở hạ tầng của nó đã sẵn sàng.

Công ty đặt mục tiêu đưa máy điện phân hydro vào sản xuất quy mô lớn sau kỳ nghỉ hè, đại diện của Ovako cho biêt, khi nhà máy hoạt động hết công suất, hoạt động sản xuất sẽ cắt giảm lượng khí thải CO 2 ước tính khoảng 20.000 tấn mỗi năm.

Phóng viên E&T được chỉ cho thấy, Ovako không lưu trữ hydro trong địa phận nhà máy mà sử dụng một bể chứa đệm nằm bên ngoài, hoạt động khi đưa vào quy trình sản xuất.

Phương pháp sử dụng hydro tại nhà máy của công ty Ovako liên quan đến việc sử dụng nước sạch trong thời gian ngắn. Nhà máy hút nước và phân tách nước sạch thành hydro và oxy (O₂ ), sử dụng nguồn điện từ lưới điện Bắc Âu. Sau đó, hệ thống sẽ phun kết hợp H₂ và O₂ thành nhiên liệu oxy bơm vào lò đốt, quá trình đốt cháy lại tái tạo thành nước.

Theo các chuyên gia tại Ovako, phương thức tiếp cận này chỉ cần một vài phút lưu trữ nước dự phòng cho những biến động trong sản xuất và nhu cầu.

Anders Lugnet, chuyên gia kỹ thuật của nhóm Năng lượng & Công nghệ lò tại Ovako, cho biết nhóm đã nghiên cứu hiện đại hóa lò trong thời gian dài để tối ưu hóa hoạt động của lò nung, đảm bảo hoạt động hiệu quả và tiết kiệm năng lượng nhất có thể. Ông nói thêm: “Thật thú vị khi giờ đây chúng tôi đã có những bằng chứng khẳng định, sử dụng hydro để gia nhiệt không ảnh hưởng đến chất lượng của thép.

Hệ thống hydro lần đầu tiên được thử nghiệm thành công vào năm 2020, nhờ đó nhóm nghiên cứu tại Hofors đã lập trình lại hệ thống điều khiển với các tham số H₂, cho phép nhóm chuyển đổi giữa H 2 hoặc LPG/NG làm nguồn nhiên liệu đốt nóng lò nung tại những nhà máy cán thép.

Ovako cho biết, công ty chỉ sản xuất các sản phẩm thép trung tính carbon bằng phương pháp cân bằng lượng khí thải carbon còn lại trên cơ sở bù đắp carbon từ năm 2022.

Sáng kiến ​​này cũng được Cơ quan Năng lượng Thụy Điển hỗ trợ với mục tiêu chung là thiết lập và mở rộng quy mô sử dụng hydro phi hóa thạch trong toàn ngành, nâng cao nhận thức về tiềm năng của loại nhiên liệu này và đạt được cấp độ sản xuất hiệu quả về chi phí.

Ovako cho biết, giải pháp này cũng có thể mở đường cho tiến trình sản xuất công nghiệp hydro quy mô lớn và tiết kiệm chi phí cho những ứng dụng như vận chuyển hàng hóa không sử dụng nhiên liệu hóa thạch bằng xe tải chạy pin nhiên liệu. Phương thức lắp đặt tại nhiều địa điểm khác nhau các nhà máy điện phân có thể tạo ra một mạng lưới nhiên liệu hydro phi hóa thạch, được sản xuất tại địa phương để cung cấp cho ngành giao thông vận tải.

Nhóm nghiên cứu cũng cho biết, giải pháp nhà máy điện phân tại chỗ được sử dụng linh hoạt sẽ góp phần tăng cường sự ổn định của lưới điện, thúc đẩy sự phát triển tỷ lệ các nguồn năng lượng tái tạo cao hơn. Nhiệt dư thừa từ nhà máy sẽ được sử dụng để tạo ra hệ thống sưởi ấm cho những cộng đồng dân cư lân cận.

Dự án sản xuất hydro tại Hofors không chỉ giúp giảm carbon trong dây chuyền sản xuất thép của Ovako mà còn có khả năng mang lại lợi ích cho cộng đồng địa phương và những phương tiện giao thông hạng nặng.

Ông Persson nhấn mạnh với E&T rằng, sáng kiến ​​hydro là một công nghệ mở và kiến ​​thức và những kinh nghiêm thu được trong suốt hành trình của dự án sẽ mở đường cho những nhà sản xuất thép khác sử dụng hydro trong sản xuất thực tiễn.

Hiện nay, một công ty thép khác có trụ sở tại Thụy Điển, H2 Green Steel, sẽ sử dụng kiến ​​thức, kinh nghiệm từ dự án tại Hofors cho dự án hydro quy mô lớn của doanh nghiệp, dự kiến sẽ khởi động ở Boden Thụy Điển năm 2024.

Maria Persson Gulda, CTO tại H2 Green Steel trong một thông cáo báo chí nói: “Cùng với Ovako, giờ đây chúng tôi có thể thử nghiệm sản xuất hydro không hóa thạch và đánh giá, tìm kiếm phương thức sử dụng loại nhiên liệu này tốt nhất để đạt được và kiểm soát ổn định nhiệt độ cao cần thiết để sản xuất thép chất lượng cao.”

Sáng kiến ​​hydro tại Hofors được thiết lập và đưa vào vận hành với sự hợp tác của các công ty chủ chốt trong ngành công nghiệp Thụy Điển và Bắc Âu như H2 Green Steel, Tập đoàn Volvo, Hitachi Energy và Nel Hydrogen, tất cả đều đang cung cấp cho Ovako các thành phần và giải pháp kỹ thuật khác nhau cho nhà máy.

Ovako cho biết, công ty đã tiến hành chiến lược phát triển bền vững trong nhiều năm, những báo cáo thị trường chỉ rõ, lượng khí thải carbon từ những sản phẩm của doanh nghiệp thấp hơn 80% so với mức trung bình toàn cầu. Kết quả này đạt được do đã áp dụng các quy trình sản xuất hiệu quả, sử dụng điện phi hóa thạch và những khoản đầu tư chuyên sâu, có định hướng lâu dài như chuyển đổi sang nhiên liệu phi hóa thạch kể từ năm 2015.

Một trong những nguyên nhân khiến lượng khí thải carbon trong các sản phẩm thép của doanh nghiệp thấp do công ty cũng chỉ sử dụng thép phế liệu làm nguyên liệu đầu vào thay vì sử dụng quặng sắt. Do thép có thể được tái chế vô số lần mà những đặc tính không bị suy giảm, nên Ovako có thể sản xuất thép với tác động khí hậu thấp hơn mà không ảnh hưởng đến chất lượng.

Công ty nhấn mạnh: “Nhờ có nhiều năm ưu tiên và đầu tư cho hiện đại hóa và nâng cao hiệu quả của những lò nung cùng với các hệ thống điều khiển và tự động hóa được nâng cấp, Ovako hiện đã sẵn sàng thực hiện chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu hydro.”