HYBRIT: Sex års forskning banar väg för fossilfri järn- och ståltillverkning i industriell skala

– Jag är otroligt stolt över allt som HYBRIT åstadkommit sedan starten 2016. Tack vare de framgångsrika resultaten från pilotprojektet är vi på god väg att förändra järn- och stålindustrin i grunden. På SSAB investerar vi nu stort för att ställa om hela det nordiska produktionssystemet till fossilfri ståltillverkning och har redan börjat leverera fossilfritt stål till kunder i mindre skala, säger Martin Pei, Teknisk Direktör SSAB och styrelseordförande i Hybrit Development AB. 

HYBRIT-initiativet är ett samarbete mellan stålbolaget SSAB, gruvbolaget LKAB och energibolaget Vattenfall, som startades för att förändra järn- och stålindustrin i grunden. Satsningen syftar till att i princip eliminera koldioxidutsläppen inom stålindustrin genom att byta ut kol och koks vid framställningen av järn till fossilfri vätgas och el. Övergången från kol- och masugnsbaserad ståltillverkning till HYBRIT-teknik och smältning av järn i elektriska ljusbågsugnar väntas minska Sveriges totala koldioxidutsläpp med över 10 procent och Finlands med 7 procent.  

Projektet är först i världen med att visa att den fossilfria värdekedjan – från malm till stål – fungerar i semi-industriell skala. Hittills har mer än 5 000 ton vätgasreducerat järn producerats vid HYBRITs pilotanläggning i Luleå. Kunder som Volvo Group, Epiroc, Peab och många fler använder redan det fossilfria stålet i fordon, tunga maskiner, byggnader och konsumentprodukter, och intresset för tekniken är stort.  

Resultaten från sex års forskning bevisar HYBRITs fossilfria process 

Forskningsresultaten som nu redovisas i en slutrapport till Energimyndigheten spänner från år 2018 till 2024, där fokus legat på att skala upp tekniska lösningar från laboratoriet till industriell skala, att utveckla en industriell processpraxis och åstadkomma en integrerad värdekedja för vätgasbaserad järn- och stålproduktion. 

Exempel på resultat från pilotfasen är utvecklingen av en ny vätgasbaserad teknik för effektiv fossilfri järn- och stålproduktion med 0.0 ton CO2-utsläpp per ton stål, framtagandet av en ny fossilfri järnprodukt (järnsvamp) som har väsentligt bättre egenskaper än järn som reducerats med fossila gaser som naturgas, framgångsrik långtidsdrift av alkaliska elektrolysörer för tillverkning och lagring av vätgas samt utvecklingen av en effektiv processpraxis för smältning av fossilfri järnsvamp till råstål i ljusbågsugn.

– Fokus för HYBRITs tekniska utveckling har varit att bygga upp kompetens och skapa tekniska förutsättningar för implementering av en fossilfri process i en fullskalig produktion. Vi är väldigt glada över att vi som team kunnat leverera framgångsrika resultat som nått eller överträffat uppsatta projektmål. Den kunskap och erfarenhet som vi utvecklat under projektets gång kommer nu att inriktas på att fortsätta teknikutvecklingen, i första hand för att stödja ägarbolagens industrialisering, säger Ulf Spolander, VD Hybrit Development AB.  

HYBRIT-projektet på väg in i nästa fas  

Resultaten från pilotfasen banar vägen för att implementera HYBRIT-processen i industriell skala. Hybrit Development AB kommer fortsätta att bedriva forskning och utveckling i syfte att stötta industrialiseringen av tekniken tillsammans med ägarbolagen, däribland att leverera lösningar till LKABs planerade demonstrationsanläggning i Gällivare. Pilotprojektet för lagring av fossilfri vätgas i Svartöberget i Luleå fortsätter till 2026. 


Hybrit pilotanläggning i Luleå.

– Det har varit en banbrytande resa på kort tid. Resultaten från pilotfasen visar att processen fungerar och gör att vi står redo att ta nästa kliv, där demonstrationsanläggningen som LKAB planerar att bygga i Gällivare blir det första steget mot industriell produktion av järnsvamp. Vår högkvalitativa järnmalm i kombination med god tillgång till fossilfri energi ger unika förutsättningar att etablera en konkurrenskraftig värdekedja för framtidens fossilfria järn- och stålproduktion, säger Jenny Greberg, teknikchef på LKAB och styrelsemedlem i Hybrit Development AB.    

–  Det är mycket glädjande att se de positiva resultaten av vårt målinriktade samarbete, partnerskap är ett recept för framgång. Nästa steg handlar om att skala upp till industriell skala där fossilfri el och vätgas är det som möjliggör omställningen till en framtid där det är möjligt för alla att transportera, producera och leva fossilfritt, säger Andreas Regnell, strategichef på Vattenfall och styrelsemedlem i Hybrit Development AB. 

HYBRIT-projektet har tilldelats medel av EUs Innovationsfond och av Industriklivet. Det ingår även i det Europeiska IPCEI-projektet Hy2Use (Vätgas), där totalt 35 projekt från 12 länder ingår i syfte att stödja snabb omställning och öka konkurrenskraften för den europeiska industrisektorn.   

– Vägen mot nettonollutsläpp inom industrin kräver satsningar på innovativa och teknikskiftande lösningar. Där spelar Industriklivet en viktig roll. Förhoppningen är att kunskapen från de olika satsningarna ska spridas vidare och påskynda industrins omställning, säger Klara Helstad, chef för enheten Hållbar industri på Energimyndigheten. 

HYBRIT - utdrag av forskningsresultat 2018 - 2024 

• Utveckling av en ny vätgasbaserad teknik som möjliggör effektiv fossilfri järn- och stålproduktion med 0,0* ton CO2-utsläpp per ton stål (scope 1 och 2).   
   

• Framtagande av en ny järnprodukt, järnsvamp, som har väsentligt bättre egenskaper än järn som reducerats med fossila gaser som naturgas. HYBRITs järnprodukt är fri från kol och har en hög metalliseringsgrad (98-99%). Den är tåligare för tryck, fall och nötning än jämförbara industrireferenser och den har stabila kemiska egenskaper. Sammantaget innebär det fördelar vid transport, lagring och smältning.   
   

• Utvärderingar av koldioxidutsläpp vid reduktion med vätgas jämfört med reduktion med fossila gaser. I HYBRITs process omvandlas järnmalmspellets till järn (järnsvamp) med hjälp av enbart fossilfri vätgas, med vatten som enda biprodukt. Det skiljer sig från konventionell direktreduktionsteknik som utgår från naturgas som ger koldioxid som utsläpp. Direktreduktion med vätgas och smältning i elektrisk ljusbågsugn ger 42 kg biogen CO2 per ton direktreducerat järn, vilket kan jämföras med 383 kg fossil CO2 per ton i en konventionell naturgasprocess där värmning av reduktionsgas är exkluderad från jämförelsen. 
   

• Utveckling av en ny fossilfri och konkurrenskraftig industriprocess där 175 processlägen har testats i syfte att identifiera det mest fördelaktiga sättet att tillverka järn med vätgas.   
   

• Framgångsrik långtidsdrift av alkaliska elektrolysörer för tillverkning och lagring av vätgas. Elektrolysörerna används för att dela upp vatten i vätgas och syrgas med fossilfri elektricitet. Vätgasen används sedan för att ta bort syret ur järnmalmspelletsen. Tester där lagrad vätgas används i realtid mot elmarknaden visar att den rörliga kostnaden för vätgasproduktion kan sänkas med upp till 40 procent.  
   

• Utveckling av en effektiv processpraxis för smältning av fossilfri järnsvamp till råstål i ljusbågsugn genomförd i samarbete med forskningsinstitutet Swerim. Ståltillverkningen sker genom att den fossilfria järnsvampen smälts med fossilfri el tillsammans med minimala tillsatser av biokol, syre och slaggbildare. De experimentella resultaten visar att den fossilfria smältpraxis som utvecklats ger ett stål som håller samma höga kvalitet som dagens fossila malmbaserade stål. 

*Processen ger små utsläpp av koldioxid som kommer av förbrukning av grafitelektroder och tillsats av slaggbildare i ljusbågsugnen. Dessa utsläpp är mindre än 0,05 ton CO2e/ton stål vilket avrundas till 0,0 ton CO2e/ton stål. Typiskt värde för malmbaserad ståltillverkning med masugnsteknik är 2,2 ton CO2e/ton stål.  

Källa: SSAB