IMPACT OF LOW-CARBON TECHNOLOGICAL TRANSFORMATION OF FERROUS METALLURGY ON ELECTRICITY CONSUMPTION
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2024.4.19Keywords:
decarbonization, ferrous metallurgy, technological transformation, electricity demand, electricity generation capacity, greenhouse gasesAbstract
This article presents the results of a computational and analytical study on the impact of the low-carbon technological transformation of ferrous metallurgy on electricity consumption and the demand for electricity generation capacities to meet this consumption, as well as the change in greenhouse gas emissions resulting from this transformation. The prospective forecast of this low-carbon technological transformation includes the gradual replacement of the traditional sinter-blast furnace technology of steel production using an oxygen converter with the technology of direct reduction of iron with hydrogen using an electric arc steelmaking furnace. The sinter-blast furnace technology and an electric arc steelmaking furnace of steel production is used as an intermediate (transitional) technology in this transformation. The technology of continuous billet casting is applied to all technologies. Variant calculations were carried out for a total annual steel production of 10.0 million tons/year to ensure the possibility of further indicative scaling in relation to the prospective volumes of annual steel production. It is shown that as a result of the application of electrolysis technology for hydrogen production, direct iron reduction technology, and electric arc steelmaking technology, electricity consumption will increase from 2.74 billion kWh/year to 35.13 billion kWh/year (12.84 times) compared to the traditional sinter-blast furnace technology for steel production using an oxygen converter. At the same time, the required power generation capacity will increase from 0.48 GW to 6.15 GW (12.84 times). Greenhouse gas emissions as a result of such a transformation will decrease from 17.98 million tons of CO2-eq/year to 7.0 million tons of CO2-eq/year (2.57 times). In the future, greenhouse gas emissions can be reduced to zero with the use of carbon-neutral electricity generation technologies from renewable energy sources such as solar, wind and hydroelectric power plants. However, given the stochastic (variable) nature of electricity generation by solar and wind power plants, ensuring a continuous and stable electricity supply to metallurgical production as its capacity increases is a task for the coming decades. The results of this study can be used in forecasting the development of electricity generating capacities of the Integrated Power System of Ukraine.
References
Decarbonization Pathways for Steel and Cement Industries. URL: https://cdn.ihsmarkit.com/www/ pdf/0622/Infographic---Decarbonization-Pathways-for-Steel-and-Cement-Industries.pdf
Презентація сценаріїв, політик та інвестицій до НВВ2. Засідання Робочої групи з питань розробки другого Національно-визначеного внеску України до Паризької угоди:обговорення політик та заходів. м. Київ, Україна, 26 листопада 2020 р. URL: https://mepr.gov.ua/files/docs/Zmina_klimaty/26.11.2020%20 презентація%20сценаріїв,%20політик%20та%20інвестицій%20до%20НВВ2.pptx
A. Toktarova, I. Karlsson, J. Rootzen and others. Pathways for Low-Carbon Transition of the Steel Industry – A Swedish Case Study. Energies 2020, 13, 3840. DOI: https://doi.org/10.3390/en13153840
J.R. Diez, S. Tome-Torquemada, A. Vicente Decarbonization Pathways, Strategies and Use Cases to Achieve Net-Zero CO2 emissions in the steelmaking industry. Energies 2023, 16, 7360. DOI: https://doi.org/10.3390/en16217360
Monika Draxler èt al. Green Steel for Europe, Technology Assessment and Road mapping. 2021, 88 p. URL: https://www.estep.eu/assets/Projects/GreenSteel4Europe/GreenSteel_Publication/210308_D1-2_-Assessment_and_roadmapping_of_technologies_-Publishable-version.pdf
Guevara Opinska, L., et al. 2021, Moving towards Zero-Emission Steel, Publication for the committee on Industry, Research and Energy (ITRE), Policy Department for Economic, Scientific and Quality of Life Policies, European Parliament, Luxembourg. URL: https://www.europarl.europa.eu/committees/en/supporting-analyses/sa-highlights
Tian Liang, Shanshan Wang, Chunyang Lu, Nan Jiang, Wenqi Long, Min Zhang, Ruiqin Zhang. Environmental impact evaluation of an iron and steel plant in China: Normalized data and direct/indirect contribution. Journal of Cleaner Production. 2020, Vol. 264, 121697. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121697
Carina Harpprecht, Tobias Naegler, Bernhard Steubing, Arnold Tukker, Sonja Simon. Decarbonization scenarios for the iron and steel industry in context of a sectoral carbon budget: Germany as a case study. Journal of Cleaner Production. 2022, Vol. 380, Part 2, 134846. DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.134846
Тубольцев Л. Г., Чайка О. Л., Бабаченко О. І. Перспективи розвитку металургійного виробництва в Україні за рахунок використання нових технологій. Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії, 2023, Вип. 37, c. 4-25. DOI: https://doi.org/10.52150/2522-9117-2023-37-4-25
Тесленко О.І., Куц Г.О. Структурні та технологічні напрями зменшення викидів парникових газів підприємствами чорної металургії. Вчені записки Таврійського національного університету імені В.І. Вернадського. Серія: Технічні науки, Том 33 (72), № 6. 2022, c. 165-173. DOI: https://doi.org/10.32782/2663-5941/2022.6/27
Декарбонізація сталевої галузі: виклик на найближчі десятиліття. Horst Wiesenger Consulting. Київ: GMK Center. 2021, 48 с. URL: https://gmk.center/ua/tag/forum-dekarbonizaciya-stalevoi-industrii-viklik-dlya-ukraini/
А.М. Глущенко Декарбонізація металургії: роль економічної політики держави. Проблеми економіки № 1 (43) 2020, с. 340-347. DOI: https://doi.org/10.32983/2222-0712-2020-1-340-347
В.О. Горохова, О.В. Гупало, Л.Г. Тубольцев Аналіз перспективних технологій декарбонізації сталі на базі дослідження тенденцій розвитку металургійного виробництва світу та України. Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАНУ. НДР 2024.
О. І. Бабаченко, О. С. Нестеров, Л. І. Гармаш Декарбонізація та енергетична криза. Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. Випуск 36. 2022, с. 35-48. DOI: https://doi.org/10.52150/2522-9117-2022-36-35-48
Тимошенко Д.О., Кухар В.В., Воловненко І. В. Порівняння енергоспоживання при виробництві сталі застарілими аглодоменним та мартенівським переділами із сучасною технологією прямого відновлення заліза MIDREX H2 та виплавкою в дуговій сталеплавильній печі. Науковий Журнал Метінвест Політехніки. Серія: Технічні науки, № 2, 2024, c. 49-54. DOI https://doi.org/10.32782/3041-2080/2024-2-8
Райнер Ремус, Мігель А. Агуадо-Монсоне, Серж Рудьє, Луїс Дельгадо Санчо. Європейська комісія: Довідковий документ щодо найкращих доступних технологій та методів управління (ДД НДТМ) у ковальській та ливарній промисловості. Директива 2010/75/ЄС «Про промисловезабруднення (інтегроване запобігання та контроль забруднення)». Міністерство охорони навколишнього середовища України, 2020 р, 671 с. URL: https://mepr.gov.ua/wp-content/uploads/2024/04/v4NDTM-CHavun-ta-stal-Final-1.pdf
Куц Г.О., Тесленко О.І. Доповнення методичних положень визначення повної енергоємності продукції промислових виробництв. Вчені записки Таврійського національного університету імені В.І. Вернадського. Серія: Технічні науки. Том 33 (72), № 5. 2022, c. 244-250. DOI https://doi.org/10.32782/2663-5941/2022.5/36
Куц Г.О. Тесленко О.І. Повна технологічна енергоємність виробництва доменного агломерату та окатишів. II Международная научно-практическая конференция «Scientific progress: innovations, achievements and prospects» 6-8 ноября 2022 года Мюнхен, Германия, c. 138-144. URL: https://sci-conf.com.ua/ii-mizhnarodnanaukovo-praktichna-konferentsiya-scientific-progress-innovations-achievements-and-prospects-6-8-11-2022-myunhennimechchina-arhiv/.
