Όταν την επόμενη χρονιά τα φορτηγά γεμάτα υδρογόνο φτάσουν έξω από τη χαλυβουργική CELSA στη Βαρκελώνη, οι περισσότεροι περαστικοί δεν θα δώσουν ιδιαίτερη σημασία, ωστόσο, θα πρόκειται για ένα σημαντικό ορόσημο στο χρηματοδοτούμενο από την ΕΕ πρόγραμμα που στοχεύει στο «πρασίνισμα» ενός από τους πιο ρυπογόνους κλάδους.
Η πρωτοβουλία έρευνας και ανάπτυξης με την ονομασία TWINGHY έχει ως επίκεντρο τη δημιουργία καυστήρων υδρογόνου για φούρνους επαναθέρμανσης χάλυβα, με στόχο την αποανθρακοποίηση του χαλυβουργικού τομέα.
Ο όμιλος CELSA, με έδρα τη Βαρκελώνη, είναι ένας από τους μεγαλύτερους παραγωγούς κυκλικού χάλυβα στην Ευρώπη, ανακυκλώνοντας σχεδόν το σύνολο των πρώτων υλών του από παλιοσίδερα, σε ηλεκτρικούς κλιβάνους τόξου. Αυτό καθιστά τις δραστηριότητές του σημαντικά καθαρότερες από την παραδοσιακή παραγωγή χάλυβα με βάση τον άνθρακα. Μέσω του έργου TWINGHY, η CELSA αντιμετωπίζει μία από τις τελευταίες σημαντικές πηγές εκπομπών στη διαδικασία της: το φυσικό αέριο που χρησιμοποιείται για την επαναθέρμανση του χάλυβα πριν από την έλαση. Αυτοί οι κλίβανοι θερμαίνουν τον ημιτελή χάλυβα πριν από την περαιτέρω διαμόρφωσή του σε έλαστρα. Οι ερευνητές του TWINGHY θέλουν να κάνουν τη διαδικασία λιγότερο ρυπογόνα χρησιμοποιώντας υδρογόνο αντί για αέριο.
«Καθαρίζοντας» μια βαριά βιομηχανία
Η χαλυβουργία είναι μία από τις βιομηχανίες με τις υψηλότερες εκπομπές ρύπων στον κόσμο. Σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας, ευθύνεται για περίπου το 8% των παγκόσμιων εκπομπών CO₂ – περισσότερο από το τριπλάσιο των εκπομπών από την αεροπορία. Οι περισσότερες από αυτές τις εκπομπές προέρχονται από την καύση άνθρακα ή φυσικού αερίου για την επίτευξη των υψηλών θερμοκρασιών που απαιτούνται για την τήξη και την αναδιαμόρφωση του χάλυβα.
Το υδρογόνο προσφέρει μια καθαρότερη εναλλακτική λύση. Όταν καίγεται, απελευθερώνει μόνο υδρατμούς και όχι CO₂. Ωστόσο, η προμήθεια πράσινου υδρογόνου – που παράγεται με τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας – παραμένει περιορισμένη, ειδικά σε περιοχές όπως η Καταλονία.
Οι δοκιμές, που έχουν προγραμματιστεί για τις αρχές του 2026, θα εξετάσουν υβριδικούς καυστήρες που μπορούν να λειτουργούν είτε με υδρογόνο είτε με φυσικό αέριο, ή με συνδυασμό και των δύο, ανάλογα με τη διαθεσιμότητα καυσίμων. Οι καυστήρες της TWINGHY θα χρησιμοποιηθούν στην ανακύκλωση χάλυβα, όπου τα μεταλλικά απορρίμματα λιώνουν και αναδιαμορφώνονται. Οι τρέχοντες καυστήρες επαναθέρμανσης χρησιμοποιούν φυσικό αέριο, εκτοξεύοντας φλόγες έως και 7 μέτρα και θερμαίνοντας τον χάλυβα έως 1.250 °C.
Η αντικατάστασή τους με υδρογόνο αποτελεί μια πολύπλοκη πρόκληση.
«Το υδρογόνο καίγεται γρηγορότερα», εξήγησε ο Sébastien Caillat, επικεφαλής εμπειρογνώμονας καύσης στη γαλλική εταιρεία μηχανικών FIVES, η οποία σχεδίασε και κατασκεύασε τους νέους καυστήρες. «Αυτό κάνει τη φλόγα πιο μικρή, με αποτέλεσμα να έχουμε ένα διαφορετικό αποτέλεσμα, όπως μια πίτσα που έχει ψηθεί σε πολύ υψηλή θερμοκρασία, καμένη στις άκρες και ωμή στο κέντρο» προσθέτει σύμφωνα με το Horizon Magazine.
Για να λύσει αυτό το πρόβλημα, η ομάδα σχεδίασε υβριδικούς καυστήρες υδρογόνου-αερίου που μπορούν να διατηρήσουν μια ομοιόμορφη φλόγα, επιτρέποντας ταυτόχρονα στους χειριστές να ρυθμίζουν την αναλογία υδρογόνου ανάλογα με την παροχή. «Ακόμα και στο μέλλον, είναι απίθανο οι χαλυβουργικές εταιρείες να έχουν πάντα αρκετό υδρογόνο», είπε ο Caillat. «Η ευελιξία είναι το κλειδί».
Ο ρόλος των ψηφιακών διδύμων
Το έργο περιλαμβάνει επίσης ένα ψηφιακό δίδυμο – μια εικονική αναπαράσταση του κλιβάνου – για να βοηθήσει τους μηχανικούς να παρακολουθούν την απόδοση και να προσομοιώνουν τον τρόπο με τον οποίο διαφορετικά μείγματα καυσίμων επηρεάζουν την αποδοτικότητα και τις εκπομπές.
Το Barcelona Supercomputing Center (BSC), ένα από τα κορυφαία ιδρύματα υψηλής απόδοσης υπολογιστών στην Ευρώπη και συνεργάτης στο έργο, διαδραματίζει βασικό ρόλο στην ανάπτυξη μιας προηγμένης έκδοσης αυτού του ψηφιακού δίδυμου. Χρησιμοποιώντας την υπολογιστική του υποδομή, το BSC δημιουργεί λεπτομερή μοντέλα της ροής θερμότητας και αερίων μέσα στους κλιβάνους, βοηθώντας στην πρόβλεψη της συμπεριφοράς της καύσης υδρογόνου σε βιομηχανική κλίμακα.
«Η υπερυπολογιστική ισχύς του BSC μας επιτρέπει να μοντελοποιούμε εξαιρετικά πολύπλοκες φυσικές διεργασίες που διαφορετικά θα ήταν αδύνατο να δοκιμαστούν σε πραγματικό χρόνο», εξήγησε η Torruella Martínez εκ μέρους της υπεύθυνης του έργου για τον όμιλο CELSA. «Αυτό μας βοηθά να βελτιώσουμε τον σχεδιασμό των καυστήρων, να μειώσουμε τις εκπομπές και να βελτιστοποιήσουμε τη μετάβαση από το φυσικό αέριο στο υδρογόνο» συνεχίζει.
Η ομάδα του BSC βελτιώνει τώρα το ψηφιακό δίδυμο, το οποίο αναμένεται να είναι πλήρως λειτουργικό το 2026 και θα επιτρέψει στο εργοστάσιο CELSA 3 να προσομοιώνει τη λειτουργία του κλιβάνου, να προβλέπει τη συμπεριφορά του και να βελτιώνει την ενεργειακή απόδοση.
Η χρηματοδότηση για αυτή την ανάπτυξη προέρχεται από το Ταμείο Έρευνας για τον Άνθρακα και τον Χάλυβα (RFCS) της ΕΕ, το οποίο επανεπενδύει τα περιουσιακά στοιχεία της πρώην Ευρωπαϊκής Κοινότητας Άνθρακα και Χάλυβα για να υποστηρίξει την καθαρότερη και αποδοτικότερη παραγωγή χάλυβα. Σύμφωνα με την Ευρωπαϊκή Πράσινη Συμφωνία, το RFCS υποστηρίζει την έρευνα μεγάλης κλίμακας για την επίτευξη παραγωγής χάλυβα με σχεδόν μηδενικές εκπομπές άνθρακα έως το 2030. Το σύστημα μπορεί να εγκατασταθεί σε υπάρχοντες κλιβάνους, παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής τους και αποφεύγοντας δαπανηρές αντικαταστάσεις – μια πρακτική λύση για καθαρότερο χάλυβα. Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, το εργοστάσιο της CELSA στη Βαρκελώνη εγκατέστησε τους υβριδικούς καυστήρες κατά τη διάρκεια μιας τακτικής περιόδου συντήρησης. Λειτουργούν ήδη με φυσικό αέριο, εν αναμονή των δοκιμών με υδρογόνο το επόμενο έτος. Αν όλα πάνε καλά, οι καυστήρες θα μπορούσαν να φτάσουν στην αγορά πριν από το τέλος του έργου το 2027 – μια ταχεία πρόοδος για τα δεδομένα της χαλυβουργίας. Ωστόσο, η επιτυχία εξαρτάται από τη διαθεσιμότητα επαρκών ποσοτήτων πράσινου υδρογόνου.
[ΦΩΤΟ ΑΡΧΕΙΟΥ]
