CO2-päästöt terästeollisuudessa

Maailman teräksen tuotannosta lähes kaksi kolmannesta (2/3) tuotetaan raakaraudasta, jota tuotetaan kivihiilestä valmistettua koksia käyttävissä masuuneissa raakamalmista.

Teräksestä valmistetun tuotteen painolla on merkitystä CO²-päästöihin..

Teräs on raudan ja hiilen seos

Pelkistysreaktiossa rautamalmin sisältämä happi pelkistyy hiilen avulla. Raakarauta sisältää noin 4,5 prosenttia hiiltä, ja rauta muuttuu teräkseksi, kun hiili poltetaan konvertterissa.

Tyypillisesti voidaan puhua teräksestä, kun raudan hiilipitoisuus on alle kaksi prosenttia.

Pelkistysprosessia tarvitaan, koska monet metallit esiintyvät luonnossa yhdisteinä (oksidit, sulfidit, jne.). Pelkistyminen tapahtuu aina samanaikaisesti hapettumisen kanssa: jonkin aineen pelkistyessä toinen hapettuu.

Hiilellä suoraan tapahtuvalle pelkistykselle on ominaista suuri lämmöntarve. Noin 30 % kokonaislämpömäärästä kuluu pelkistykseen, kuilun alaosan aktiivisen koksin vyöhykkeessä lämpötila on yli 1 000 ºC, koksin hiili alkaa osallistua reaktioihin.

Kuuma ilma muodostaa pelkistysaineiden kanssa reagoidessaan kuumaa reaktiivista kaasua, joka pelkistää raudan oksidit metalliseksi raudaksi ja lämmittää panosmateriaalit virratessaan niiden läpi.

Lopputuotteina uunin pohjalle kertyy sulaa rautaa ja kuonaa, jotka lasketaan ulos masuunista.

Kun lämpötila on noussut 1 450 ºC:een rauta sulaa ja valuu.

Yhden teräs tonnin valmistaminen rautamalmista masuunimenetelmällä käyttämällä kivihiiltä pelkistämiseen, prosessissa muodostuu kaksi tonnia hiilidioksidia.

Teräksen valmistuksessa käytetään runsaasti hiiltä, n. 400–500 kg hiiltä tuotettua terästonnia kohden.

Suomessa sähköntuotannon hiilidioksidipäästöt ovat noin 80 -140 g CO² / kWh.

Hiili on teräksen tärkein seosaine

Suuri hiilipitoisuus nostaa teräksen lujuutta ja maksimilujuus saavutetaan noin 0,6% pitoisuudella, mutta matala hiilipitoisuus parantaa teräksen sitkeyttä.

Hyvällä tuotesuunnittelulla voidaan vaikuttaa lopullisen tuotteen hiilijaljälkeen. Tietokonemallinnuksella voidaan säästää lopputuotteen painossa oikeilla komponentti ja raaka-aine valinnoilla.

Teräksen lujuudella on vaikutusta lopputuotteiden energiankulutukseen ja hiilidioksidipäästöihin.

Korkealujuusteräksen käytöllä voidaan esimerkiksi rakentaa kuljetusvälineistä kevyempiä ja näin alentaa niiden polttoaineenkulutusta.