Ympäristöystävällisempään terästen valmistukseen tarvitaan sekä perustutkimusta että uusia innovaatioita

Elämme alati muuttuvassa maailmassa, jossa elämäämme muokkaavat pitkäaikaiset yleisesti tunnistetut ilmiöt kuten kaupungistuminen, digitalisaatio ja ilmastonmuutos. Lisäksi nousee esiin äkillisesti eskaloituvia kriisejä kuten käynnissä oleva Venäjän hyökkäys Ukrainaan. Toisaalta luonnonlait ja ympäröivän luonnon käyttäytymistä säätelevät periaatteet pysyvät muuttumattomina. Energian häviämättömyyden laki ja entropian kasvu ovat edelleen totta. Näihin muuttumattomiin luonnonlakeihin ja pysyviin periaatteisiin on meidän nojattava tutkimuksemme.
Timo Fabritius terästutkimuslaboratoriossa

Raudan valmistuksella on pitkät perinteet. Ensimmäisinä metallurgeina voidaan pitää heettiläisiä Lähi-idässä, kun he alkoivat systemaattisemmin pelkistämään rautaoksideita metalliseksi raudaksi noin 1300 eaa. Pelkistimenä eli rautamalmin sisältämän hapen sitojana oli hiili, puuhiili. Biopohjainen hiili kuten tänä päivänä sanomme. Teollistumisen ja kivihiilen hyödyntämisen myötä metsät jäivät rauhaan teräksen valmistuksessa ja puuhiili korvautui kivihiilestä valmistelulla metallurgisella koksilla. Metallurgisen koksin fossiilinen hiili on ollut tästä lähtien raudan ja teräksen valmistuksen ydintä.

Teräksen valmistuksessa syntyy globaalisti noin 2kg hiilidioksidia yhtä teräskiloa kohden. Teräksen valmistuksen globaalit hiilidioksidipäästöt ovat noin 7% kokonaispäästöistä eli yli 3 600 miljoonaan tonnia vuosittain. Pääosa (noin 70%) teräksen valmistuksen hiilidioksidipäästöistä syntyy pelkistysvaiheessa, jossa rautaoksidista pelkistetään happi pois tuottaen samalla metallista rautaa. Teräksen valmistuksen hiilijalanjäljen pienentämisessä hiilipelkistyksen korvaaminen hiilidioksidivapaalla teknologialla on avainasemassa. Periaatteessa tämä voidaan tehdä suoraan sähköllä tai vedyllä, mutta molempiin tarvitaan globaalissa mittakaavassa hurja määrä energiaa. Globaalisti vety, valmistusprosessien sähköistäminen ja sekundäärisistä biomassavirroista tuotettu biohiili on identifioitu keinoiksi teräksen valmistuksen hiilijalanjäljen pienentämiseksi.

Pohjoismaissa olemme etuoikeutetussa asemassa suhteellisen runsaan uusiutuvan energian, runsaan metsäbiomassan, puhtaan veden ja hyvien vetypelkistykseen soveltuvien malmien vuoksi. Pyrkiessämme kohti hiilivapaita prosesseja ja yhteiskuntaa aivan olennaiseksi kysymykseksi nousee uusiutuvan energian tuotanto. Äskettäin on nostettu esiin perusteltu huoli siitä, ettei meillä globaalisti riitä metallien valmistuskapasiteetti ja raaka-aineet kaikkeen vaadittavaan uusiutuvan sähkön tuotantoon ja yhteiskunnan sähköistämiseen. Pohjoismaisen erityisasemamme vuoksi meidän Suomessakin tulee olla globaaleina edelläkävijöinä niin teollisuuden irrottautumisessa fossiilisesta hiilestä kuin kiertotalouden sovellusten käyttöönotossa. Puhtaampi energian tuotanto ja hiilivapaat prosessit ovat planeettamme elinolojen ylläpitämiseksi välttämättömiä. Muuttumattomiin luonnonlakeihin nojaavaa perustutkimusta ja soveltavaa tutkimusta sekä uusia innovatiivisia ja ennakkoluulottomia tieteentekijöitä tarvitaan mitä suurimmassa määrin edelleen.

Professori Timo Fabritius toimii prosessimetallurgian tutkimusyksikön johtajana Oulun yliopiston teknillisessä tiedekunnassa. Fabritiuksen tutkimus keskittyy raudan- ja teräksenvalmistusprosesseihin sekä vedyn hyödyntämiseen terästuotannossa.