Drijvende zonneparken maken wind op zee weer winstgevend

Groen staal: CO2-intensieve sector moet aan verschillende knoppen draaien om sneller te verduurzamen

Wie in een moderne economie leeft, ziet overal om zich heen staal: in auto’s, treinen, kookplaten, bureaus, lantaarnpalen, enzovoorts, enzovoorts. Staal is onmisbaar, maar het productieproces gaat gepaard met een hoge uitstoot van broeikasgas CO2.In Nederland en elders in de wereld wordt gewerkt aan vergroening van de manier waarop staal wordt gemaakt. De vraag is echter of dat snel genoeg gaat en ook echt effectief is. Change Inc. dook in de cijfers. De lastige vier Ontwikkelde economieën draaien op een aantal onmisbare basisproducten. In zijn boek How The World Really Works stelt energie-expert Vaclav Smil dat het moderne leven ondenkbaar is zonder staal, beton, plastics en kunstmest. Tegelijk blijkt juist de productie van deze vier pijlers van welvaart gepaard te gaan met een hoge CO2-uitstoot. ‘Decarbonisatie’ van het productieproces van staal, beton, plastics en kunstmest behoort tot de grootste uitdagingen van deze tijd. In een vierluik belicht Change Inc. de stand van zaken, met in dit eerste deel aandacht voor staal.Hoe kan staal maken minder CO2-intensief? De productie van staal kent een aantal stappen, waar op verschillende punten een reductie van de CO2-uitstoot mogelijk is.De klassieke, meest CO2-intensieve productiemethode bestaat uit twee fasen. Bij de eerste stap wordt ijzererts verhit en gesmolten in een hoogoven. Daarbij wordt zuurstof aan het ijzererts onttrokken met behulp van cokes (een bewerkte vorm van steenkool), zodat je ruwijzer overhoudt. In de tweede stap wordt het ruwijzer verder gezuiverd door het koolfstofgehalte ervan te verlagen met behulp van zuurstof, zodat je staal krijgt.In de Engelse terminologie is de afkorting BF-BOF gangbaar, wat verwijst naar het gebruik van een Blast Furnace (BF) voor de eerste stap en de inzet van een Basic Oxygen Furnace (BOF) voor de tweede. De combinatie van beide processen zorgt voor een forse CO2-uitstoot, waarbij de productie van één ton staal gepaard gaat met de uitstoot van ongeveer twee ton CO2.Een alternatief voor de eerste stap, waarbij het erom gaat ijzererts te ontdoen van zuurstof, is een proces dat directe ijzerreductie (Direct Reduced Iron, DRI) heet. Een cruciaal verschil met de klassieke methode is dat het ijzererts wel wordt verhit, maar niet tot een niveau waarop het smelt. In klassieke hoogovens lopen temperaturen op richting de 2000 graden, waardoor het ijzererts smelt. Bij DRI-installaties word balletjes van ijzererts verhit tot ongeveer 1000 graden Celisus, wat onder het smeltpunt van ijzer ligt.Belangrijk is verder dat het DRI-proces gebruikmaakt van aardgas en/of waterstof in plaats van cokes. Aardgas bevat in vergelijking met cokes minder koolstof, waardoor er minder CO2 vrijkomt bij het zuurstofvrij maken van het ijzererts. Waterstof kan hierbij een aanvullende rol spelen om de zuurstof aan het ijzererts te onttrekken of kan aardgas volledige vervangen. In het laatste geval is het restproduct water en heb je dus helemaal geen CO2-uitstoot.Aangezien je in het DRI-proces ruwijzer verkrijgt zonder dat het ijzererts helemaal smelt, moet het ruwijzer bij de tweede stap alsnog worden gesmolten en in staal worden omgezet. Dat gebeurt met een zogenoemde vlamboogoven (Electric Arc Furnace, EAF), die zeer hoge temperaturen van meer dan 3000 graden Celsius kan bereiken.Als je de stroom voor de elektrische vlamboogoven uit groene energie haalt, levert dat een forse besparing op bij de CO2-uitstoot van het proces. De vlamboogoven kan ook dienen voor het recyclen van schroot tot nieuw staal.De tabel hieronder toont de gemiddelde CO2-intensiteit van de drie belangrijkste methoden die momenteel worden gebruikt om staal te maken.window.addEventListener("message",function(a){if(void 0!==a.data["datawrapper-height"]){var e=document.querySelectorAll("iframe");for(var t in a.data["datawrapper-height"])for(var r,i=0;r=e[i];i++)if(r.contentWindow===a.source){var d=a.data["datawrapper-height"][t]+"px";r.style.height=d}}}); Groenste technologie voor staal nog niet op grote schaal ingezet Directe ijzerreductie op basis van aardgas is al redelijk gangbaar, maar dat geldt niet voor de meest groene technieken om staal te maken.Op enkele plekken in de wereld – zoals bij Stegra in Zweden – wordt voor het DRI-proces ingezet op waterstof als volledige vervanging van aardgas om zuurstof aan het ijzererts te onttrekken. Ook is Stegra van plan om de vlamboogoven te laten draaien op stroom uit waterkracht. Daarmee komt de totale CO2-uitstoot van het proces in de buurt van nul. Vanaf 2030 wil het Zweedse bedrijf 5 miljoen ton staal per jaar produceren met de combinatie van directe ijzerreductie en een vlamboogoven.In Nederland wil Tata Steel ook een combinatie opzetten van DRI-EAF. Daarbij mikt Tata in de eerste fase vrijwel volledig op aardgas om zuurstof uit het ijzererts te halen, terwijl de vlamboogoven moet gaan draaien op groene stroom van windmolens op de Noordzee. Tata wil ook kijken naar afvang van de CO2 die nog vrijkomt bij het DRI-proces op basis van aardgas. Pas in een latere fase gaat de staalproducent kijken of het financieel uitkan om aardgas te vervangen door waterstof.Verduurzaming van de staalproductie met directe ijzerreductie en vlamboogovens vergt hoge investeringen, maar stuit niet op technologische obstakels. Er zijn ook alternatieve, innovatieve technologieën met potentieel grote voordelen, maar die moeten zich nog sterker bewijzen. Zo werkt de Amerikaanse startup Boston Metal aan de productie van staal met behulp van een elektrolytische cel, waarbij de inzet van groene waterstof niet meer nodig is. Als deze technologie betaalbaar en schaalbaar blijkt op basis van groene stroom, kan dat een alternatief zijn voor de combinatie van directe ijzerreductie en een vlamboogoven. Mondiale staalproductie blijft groeien Vooral door de economische ontwikkeling in opkomende economieën blijft staal de komende decennia naar verwachting een groeimarkt. Zo rekent consultant World Steel Dynamics in prognoses op een toename van ongeveer 1.900 miljoen ton staal per jaar nu naar iets meer dan 2.100 miljoen ton per jaar in 2040. Dat heeft uiteraard gevolgen voor de CO2-voetafdruk van staal.window.addEventListener("message",function(a){if(void 0!==a.data["datawrapper-height"]){var e=document.querySelectorAll("iframe");for(var t in a.data["datawrapper-height"])for(var r,i=0;r=e[i];i++)if(r.contentWindow===a.source){var d=a.data["datawrapper-height"][t]+"px";r.style.height=d}}});De verwachting dat China in 2040 goed zal zijn voor 40 procent van de totale mondiale staalproductie. Andere opkomende landen (vooral India en andere Aziatische groeiers) nemen dan iets meer dan 40 procent van de wereldwijde productie voor hun rekening; ontwikkelde economieën iets minder dan 20 procent.window.addEventListener("message",function(a){if(void 0!==a.data["datawrapper-height"]){var e=document.querySelectorAll("iframe");for(var t in a.data["datawrapper-height"])for(var r,i=0;r=e[i];i++)if(r.contentWindow===a.source){var d=a.data["datawrapper-height"][t]+"px";r.style.height=d}}});Hoe past duurzamere staaltechnologie in dit plaatje? Volgens de World Steel Association maken productietechnieken op basis van directe ijzerreductie en elektrische vlamboogovens momenteel bijna 30 procent uit van de mondiale staalproductie, maar kan dat percentage de komende jaren wel toenemen.Uit een analyse van onderzoeksbureau BloombergNEF blijkt dat nieuwe installaties voor directe ijzerreductie en vlamboogovens (DRI-EAF en EAF op basis van schroot) in de periode tot 2030 ongeveer 100 miljoen ton duurzamer staal kunnen toevoegen. De aanname hierbij is dat de afvang van CO2 voor industrieel gebruik (CCUS) een beperkte aanvullende rol kan spelen.[caption id="attachment_168222" align="aligncenter" width="900"] Bron: BloombergNEF, 2024[/caption]De impact hiervan op de CO2-uitstoot van de staalindustrie is mede afhankelijk van de mate waarin aardgas dan wel groene waterstof wordt gebruikt bij het DRI-proces, en de mate waarin vlamboogovens met groene stroom worden gevoed. De CO2-uitstoot van staal en opties voor emissiereductie Aangezien de CO2-voetafdruk van de staalproductie verschilt per technologie is de mix van technologieën van groot belang. Momenteel leunt naar schatting ongeveer 70 procent van de mondiale staalproductie op de CO2-intensieve combinate van Blast Furnace-Basic Oxygen Furnace (BF-BOF) en 30 procent op directe ijzerreductie en vlamboogovens. Dat levert een vrij hoge gemiddelde CO2-intensiteit op. In 2023 ging het volgens de World Steel Association om 1,92 ton CO2 per ton staal.Op basis van een staalproductie van 1,9 miljard ton staal kom je zo uit op een uitstoot van ongeveer 3,6 miljard ton CO2 in 2023. Dat staat gelijk aan bijna 10 procent van de totale mondiale CO2-uitstoot als gevolg van het gebruik van fossiele brandstoffen.Uit een analyse van adviesbureau World Steel Dynamics bleek vorig jaar dat de CO2-uitstoot van de staalindustrie de komende vijftien jaar wel kan dalen, maar dat het allesbehalve vlot gaat. Voor 2040 is de verwachting dat de staalindustrie in een basisscenario nog bijna 3 miljard ton CO2 uitstoot. Dat komt meer op een daling van minder dan 20 procent in de komende vijtien jaar.In de onderstaande grafiek is uitgesplitst hoe dat in elkaar zit. Daarbij is 2019 als referentiejaar genomen, toen de uitstoot van de staalindustrie op ruim 3,6 miljard ton CO2 lag. Vrijwel gelijk aan het niveau van 2023, dus.window.addEventListener("message",function(a){if(void 0!==a.data["datawrapper-height"]){var e=document.querySelectorAll("iframe");for(var t in a.data["datawrapper-height"])for(var r,i=0;r=e[i];i++)if(r.contentWindow===a.source){var d=a.data["datawrapper-height"][t]+"px";r.style.height=d}}});Een paar dingen vallen hier op. De stijging van de mondiale staalproductie stuwt de CO2-emissies op en heeft in de periode tot 2040 een verhogend effect op de sectoruitstoot van liefst 480 miljoen ton CO2 op jaarbasis.Daar staan hoofdzakelijk twee matigende factoren tegenover. De inzet van elektrische vlamboogovens (EAF) heeft een drukkend effect van 460 miljoen ton op jaarbasis in de periode tot 2040. Hogere efficiëntie bij klassieke staalfabrieken (BF-BOF) heeft ook een fors effect van 447 miljoen ton minder CO2-uitstoot op jaarbasis. Daarbij kan het gaan om aanvullende inzet van waterstof in het proces, maar ook om het optimaliseren de temperatuur van vloeibaar ijzer bij het productie van staal.Het saldo van de uitstoot van de staalindustrie komt daardoor naar schatting uit op ongeveer 3 miljard ton CO2 in 2040. Volgens World Steel Dynamics kan dat in een best case-scenario nog wat lager uitvallen, maar dan zijn er wel extra economische prikkels voor verduurzaming nodig, waarvoor waarschijnlijk meer overheidsingrijpen nodig is.Opvallend genoeg levert de sterkere inzet van waterstof in plaats van aardgas bij directe ijzerreductie de komende vijftien jaar naar verwachting nog relatief weinig op. Volgens World Steel Dynamics heeft deze technologie een drukkend effect van 50 miljoen ton op jaarbasis tegen 2040, wat op de totale uitstoot van de staalindustrie vrij weinig is. Fabrieken voor directe ijzerreductie die alleen met waterstof werken, zoals het Zweedse Stegra beoogt, blijven voorlopig dus een nichefenomeen. Daling CO2-uitstoot Chinees staal verwacht, stijging in India Kijk je naar de regionale verdeling, dan heeft reductie van de CO2-uitstoot van staal in China naar verwachting de grootste invloed. Dat komt deels doordat China in de prognose van World Steel Dynamics minder staal gaat produceren in de komende vijftien jaar, maar ook door verhoging van de efficiëntie van de klassieke staalproductie (BF-BOF) en de inzet van meer elektrische vlamboogovens in China.De CO2-voetafdruk van de Indiase staalindustrie zal de komende jaren naar verwachting juist stijgen, zoals te zien is in de onderstaande grafiek. Op zich is dat niet vreemd, omdat juist India een fase van economische groei betreedt waarbij de middenklasse veel groter wordt. Dat betekent een sterke vraag naar onder meer auto's, ijskasten en tal van andere producten waar staal in zit.window.addEventListener("message",function(a){if(void 0!==a.data["datawrapper-height"]){var e=document.querySelectorAll("iframe");for(var t in a.data["datawrapper-height"])for(var r,i=0;r=e[i];i++)if(r.contentWindow===a.source){var d=a.data["datawrapper-height"][t]+"px";r.style.height=d}}}); Op weg naar groener staal in Nederland Tegen deze achtergrond is het interessant om te kijken hoe de Nederlandse staalproductie past in het mondiale geheel. Wie staal zegt in Nederland, zegt IJmuiden en dus Tata Steel. In IJmuiden wordt jaarlijks bijna 7 miljoen ton staal geproduceerd, wat neerkomt op ongeveer 0,4 procent van de mondiale jaarproductie van afgerond 1,9 miljard ton staal. Hiermee is Tata Nederland een kleine speler op het wereldtoneel.Voor de Nederlandse uitstoot van broeikasgassen is de fabriek in IJmuiden wel zeer significant. De eigen operaties van Tata Nederland stoten op jaarbasis iets meer dan 11 miljoen ton CO2-equivalent uit. Het gaat dan vooral om CO2, aangevuld door andere broeikasgassen die naar CO2-equivalenten zijn omgerekend. Dat komt neer op ongeveer 8 procent van de totale Nederlandse uitstoot.Wat betreft de CO2-intensitteit presteert Tata Steel voor een fabriek met een klassiek productieproces (BF-BOF) relatief efficiënt: de CO2-emissie bedraagt iets minder dan 1,7 ton CO2 per ton staal, versus een wereldwijd gemiddelde van 2,3 ton CO2 per ton staal voor klassieke staalproducenten.window.addEventListener("message",function(a){if(void 0!==a.data["datawrapper-height"]){var e=document.querySelectorAll("iframe");for(var t in a.data["datawrapper-height"])for(var r,i=0;r=e[i];i++)if(r.contentWindow===a.source){var d=a.data["datawrapper-height"][t]+"px";r.style.height=d}}});Het zogenoemde Groen Staal-plan draait om een overstap van de staalproductie op basis van hoogovens met cokes (BF-BOF) naar directe ijzerreductie in combinatie met een vlamboogoven (DRI-EAF). Tata wil daarbij in eerste instantie van aardgas gebruik maken om ijzererts van zuurstof te ontdoen. In een later stadium kan groene waterstof een grotere rol krijgen. Ook wil Tata in de toekomst meer schroot inzetten voor directe verwerking door de vlamboogoven.Het vergoeningsproces maakt dus gebruik van verschillende opties om de CO2-uitstoot te verlagen. In de fase waarbij vooral aardgas wordt gebruikt bij het proces van directe ijzerreductie denkt Tata Nederland al wel 5,4 miljoen ton CO2 per jaar minder te kunnen uitstoten. Een afvanginstallatie van CO2 moet daar nog 0,6 miljoen ton aan toevoegen. Dan kom je met 6 miljoen ton CO2 minder op een ruime halvering van de uitstoot bij de fabriek in IJmuiden.Je ziet dus ook bij Tata Nederland dat de rol van groene waterstof pas op de langere termijn wordt overwogen. De reden hiervoor is dat het maken van waterstof via elektrolyse op basis van groene stroom nog altijd relatief duur is. Bovendien moet hiervoor een enorme infrastructuur worden opgetuigd, waarover nog veel onzekerheid bestaat, zoals ook blijkt uit een deze week verschenen analyse van ABN AMRO.Analisten van Rabobank signaleerden eerder dit jaar dat er ongeveer 3,15 terawattuur aan stroom nodig is voor de productie van waterstof om 1 miljoen ton staal mee te kunnen produceren. Stel, Tata zou 6 miljoen ton staal per jaar willen maken met de inzet van groene waterstof, dan gaat het om ruim 18 terawattuur aan stroom per jaar. Dat is meer dan de totale productie van windenergie op zee afgelopen jaar.Gelet op deze uitdagingen heeft de ontwikkeling van groen staal baat bij ondersteunend overheidsbeleid. Energie-experts wijzen erop dat het creëren van een deels verplichte vraag naar duurzamer staal veel kan helpen, bijvoorbeeld via normeringen voor het aandeel van groen staal in producten. Lees ook:Sjoerd van Krimpen (Steel CleanUp): 'We willen afval van staal volledig verwerken' Zweedse fabrikant van groen staal zoekt € 1 miljard: 5 dingen die je moet weten Groen staal 2.0 op basis van elektrolyse biedt alternatief voor waterstof