De voetafdruk van de wereldwijde staalproductie blijft hoog: ‘Het afvangen van CO₂ lost het probleem niet op’
De staalproductie zal waarschijnlijk een groot deel van ons toekomstige koolstofbudget opslokken. Het afvangen van CO₂ bij de productie lost het probleem niet op. Technologieën op basis van hernieuwbare energiebronnen zijn effectiever, maar niet voldoende om netto-nul-uitstoot te bereiken.
De productie van ijzer en staal veroorzaakt 7 tot 9 procent van de wereldwijde broeikasgassen. Maar dat aandeel kan in de toekomst toenemen, aangezien de vraag naar staal naar verwachting zal stijgen als gevolg van de bouwactiviteiten in opkomende economieën.
Ongeveer 75 procent van het staal wordt momenteel geproduceerd in hoogovens, die sterk afhankelijk zijn van steenkool. Dit genereert grote hoeveelheden koolstofemissies. Deze kunnen worden verminderd met nieuwe technologieën die gebruikmaken van groene waterstof of elektriciteit.
Zelfs het meest optimistische scenario voldoet niet aan de klimaatdoelstellingen
Tot nu toe had geen enkele studie de toekomstige effecten van de staalproductie onderzocht, rekening houdend met deze nieuwe technologieën. Dat is wat Carina Harpprecht heeft gedaan. Zij is promovenda in Leiden en wetenschapper bij het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum. Harpprecht berekende de wereldwijde uitstoot van de industrie in drie verschillende scenario's: een ambitieus scenario dat in overeenstemming is met het beperken van de opwarming van de aarde tot 1,5 graad. En twee andere scenario's waarin de mondiale temperatuur stijgt tot minder dan 2 graden en tot 3,5 graden.
Opvallend is dat de vermindering van de CO₂-uitstoot van de wereldwijde ijzer- en staalproductie zelfs in het eerste, meest optimistische scenario onvoldoende is om de klimaatdoelstellingen te halen. Tegen 2060 zou deze sector alleen al 18 tot 30 procent van het resterende koolstofbudget tot 2100 verbruiken. Dat ‘budget’ is de maximale hoeveelheid CO₂ die kan worden uitgestoten om de opwarming van de aarde tot 1,5 graad te beperken.
Zijn technologieën op basis van hernieuwbare energiebronnen de oplossing?
Op elektriciteit gebaseerde technologieën kunnen een groot verschil maken. ‘Door gebruik te maken van waterstof of elektriciteit zou de uitstoot van broeikasgassen tegen 2060 met wel 95 procent per ton staal kunnen worden verminderd in vergelijking met de huidige methoden’, zegt Harpprecht. Hierbij wordt ervan uitgegaan dat elektriciteit en waterstof afkomstig zijn uit hernieuwbare bronnen. De grootschalige invoering van deze nieuwe technologieën vergt echter tijd, grote investeringen en nieuwe infrastructuur. Het zal 10 tot 15 jaar duren voordat ze klaar zijn voor productie op industriële schaal.
‘Staalproductie is een van de meest veelbelovende toepassingen van waterstof.’
Koolstofdioxide afvangen, steenkool vervangen of overschakelen op nieuwe technologieën
Een technologie die Harpprecht afkeurt voor het verlagen van de CO₂-uitstoot is Carbon Capture and Storage (CCS). Dit houdt in dat Koolstofdioxide bij de oven wordt afgevangen en vervolgens wordt opgeslagen, vaak ondergronds. ‘Dit helpt alleen op korte termijn’, zegt ze. Het achteraf inbouwen van CCS in bestaande fabrieken kan de uitstoot met maximaal 55 procent verminderen. ‘Maar voor de netto-nul-doelstelling is de reductie onvoldoende.’
CCS brengt ook het risico van een zogenaamd lock-in-effect met zich mee, stelt Harpprecht. ‘Als de infrastructuur eenmaal is aangelegd, blijft deze meestal twintig jaar of langer in gebruik.’ Uit het onderzoek blijkt dat het beter zou zijn om kolenovens te vervangen door ovens op aardgas. ‘Aardgas heeft een veel lagere emissie-intensiteit en deze ovens kunnen later worden omgeschakeld naar waterstof.’
Naast de overstap naar nieuwe technologieën zou het verminderen van de vraag naar primair staal volgens Harpprecht zeer effectief zijn. Door minder primair staal en meer gerecycled staal te gebruiken, zouden de emissies nog sterker kunnen worden teruggedrongen dan in de scenario's.
Waterstof veelbelovend voor de productie van staal
Harpprechts bevinding dat zelfs het beste scenario niet voldoende is om de 1,5-graden-doelstelling te halen, betekent niet dat het verminderen van koolstofdioxide-uitstoot in de staalindustrie zinloos is. Integendeel: de potentie is enorm. De industrie is zelfs een van de meest geschikte sectoren om waterstof toe te passen, tonen Harpprecht en collega's aan.
‘Staalproductie is een van de meest veelbelovende toepassingen van waterstof’, zegt hoofdauteur van dat artikel, Tom Terlouw, wetenschapper aan het Paul Scherrer Instituut in Zwitserland. ‘Dit komt door een gebrek aan alternatieven. Transport heeft bijvoorbeeld andere opties dan waterstof, zoals elektrificatie.’
Het artikel Future environmental impacts of global iron and steel production is gepubliceerd in Energy & Environmental Science op 27 juni.
Het artikel Global greenhouse gas emissions mitigation potential of existing and planned hydrogen projects is gepubliceerd in Nature Energy op 6 november.