In Zweden wordt staal wél groen gemaakt

Het eens zo onherbergzame noorden van Zweden ontwikkelt zich in rap tempo tot een laboratorium voor de industrie van de 21ste eeuw. Dankzij de productie van groene energie is het inmiddels de grootste groeiregio van het land, met de laagste werkloosheid.

Centrum van deze omwenteling is Luleå, een provinciestadje vlak onder de poolcirkel, aan de Botnische Golf. Het plaatsje viert dit jaar zijn 400-jarige bestaan. In de winkelstraat staat een tiental borden uitgestald met daarop foto’s van de stad aan het einde van de 19e eeuw. Het was de tijd dat de staalindustrie opkwam en inwoners van Luleå van werk voorzag.

Nu trekt het IJmuiden van Zweden, ooit een weinig geliefd oord vanwege het barre winterklimaat, tal van nieuwe bedrijven dankzij een overvloed aan goedkope, duurzame energie. Accufabriek Northvolt bouwt in de regio een grote fabriek om elektrische auto’s van onder meer Volkswagen te voorzien van energie. Facebook liet een groot datacentrum bouwen. En in hun kielzog nemen de nieuwkomers hoogopgeleide, goed verdienende werknemers mee. Het komend decennium wordt er voor 100 miljard euro geïnvesteerd in duurzame technologieën, verwacht minister van Financiën Magdalena Andersson.

Het paradepaardje van de Zweedse energietransitie staat een paar honderd meter buiten de stad. Het is de eerste staalfabriek ter wereld waar voor de productie geen vervuilende kolen worden gestookt, maar duurzame waterstof wordt gebruikt. Het gebouw met zijn huid van zilver, glanzend metaal lijkt aan de buitenkant eerder op een datacenter dan op een staalfabriek. Hier geen roestbruine, rokende schoorstenen, en geen woest sissende stoomwolken. Slechts af en toe stijgt een pufje waterdamp op uit de nok van de fabriek. Sinds een paar maanden wordt op kleine schaal staal geproduceerd, ongeveer een ton per dag. Echte afnemers zijn er ook al: onder meer auto- en truckfabrikant Volvo doet er proeven mee.

De fabriek is het antwoord op de vraag hoe je de meest vervuilende industrie ter wereld schoner maakt. De eerste stap werd vijf jaar geleden gezet door medewerkers van staalfabrikant SSAB – waarvan de fabriek een paar honderd meter ten oosten van Luleå staat. Daar wordt staal gemaakt volgens het smerige proces dat we nu vooral kennen. Smerig voor de directe omgeving, zoals ook de inwoners rond Tata Steel weten, en smerig voor het klimaat: een ton staal levert ruim anderhalve ton CO2 op. Wereldwijd is de sector goed voor 7 procent van alle broeikasgasemissies, ruim twee keer zoveel als de luchtvaart. In Zweden liggen die cijfers nog hoger, daar is de staalindustrie verantwoordelijk voor 10 procent van alle broeikasgassen.

In het land dat bekend staat om zijn vooruitstrevende klimaatbeleid lag daar vijf jaar geleden voor de staalproducent een uitdaging: wat als het lukt om fossielvrij staal te maken?

Om dat kunststukje op te kunnen voeren, riep SSAB de hulp in van mijnbedrijf LKAB en energieproducent Vattenfall. Om CO2-vrij staal te kunnen maken, moet namelijk ook het mijnen van ijzererts worden opgeschoond. Bovendien is er duurzame energie nodig. Gezamenlijk besloten de drie concerns tot de bouw van een proeffabriek. Ze noemden hun project Hybrit: Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology.

De overschakeling van gebruik van vervuilende cokes (nu nog essentieel voor staalproductie) naar waterstof, zorgde voor de meeste hoofdbrekens. Hoewel al langer bekend was dat met waterstof duurzaam staal gemaakt kan worden, was het nog nooit op grote schaal gedaan. Terwijl de belofte enorm is: bij de productie van fossielvrij staal komt slechts 25 kilogram CO2 vrij.

Panacee

Duurzame of groene waterstof is de panacee voor de energietransitie, maar voorlopig wordt er vooral veel over gepraat. Om het te maken heb je namelijk energie nodig, heel veel energie, afkomstig van windturbines, zonnepanelen en waterkrachtcentrales. Om een idee te geven: stel dat Tata Steel in IJmuiden volledig op groene waterstof zou draaien, dan heeft de staalproducent daar de helft van de elektriciteit voor nodig die Nederland nu in een jaar verbruikt. Om aan die behoefte te voldoen, moeten er vier keer zoveel windparken op zee worden gebouwd als er nu staan. En dan hebben we nog maar één bedrijf voorzien van schone energie.

De Zweden zijn al veel verder. Bijna 98 procent van de elektriciteitsproductie van het land is fossielvrij, onder meer doordat in de jaren zestig en zeventig in het noorden van het land enorme waterkrachtcentrales zijn gebouwd. Elektriciteit is daarom spotgoedkoop in deze regio. Dat is zichtbaar als je door de wijk loopt die aan de staalfabriek grenst. Overdag branden overal lampen in de veelal houten huizen. Bewoners lijken zelfs niet eens de moeite te nemen tuinverlichting en lampen in schuurtjes uit te doen.

Verduurzaming kan ook tot een overschot aan energie leiden. Vorig jaar werd zo’n 15 procent van de totale elektriciteitsproductie van Zweden geëxporteerd. ‘En er komt steeds meer bij’, zegt Mikael Nordlander, hoofd ‘decarbonisatie’ bij Vattenfall en een van de grondleggers van Hybrit. ‘Het aanbod groeit zelfs sneller dan de vraag.’ Dat overschot wordt alleen maar groter met de komst van Markbygden. Met maar liefst elfhonderd turbines, nu in aanbouw nabij de poolcirkel, is dat Europa’s grootste windpark op land.

Hoe al die energie goed te gebruiken? Ook dat was een vraag die de drie bij Hybrit betrokken bedrijven konden beantwoorden: door de vraag naar energie te vergroten. Wat is er dan beter dan te beginnen met een staalfabriek die draait op groene waterstof?

Water en wind

Ook hier vindt Zweden Moeder Natuur aan zijn zijde: ongeveer 40 procent van de elektriciteit komt van waterkracht. Dit heeft grote voordelen, omdat waterkracht goed ‘regelbaar’ is. Wind en zon zijn dat niet. Pas als het waait en als de zon schijnt, is er energie. Waterkrachtcentrales kunnen naar believen harder en zachter worden gezet. Als er veel vraag is, gaat de kraan verder open, bij weinig vraag, gaat ze verder dicht en vullen de stuwmeren zich. Dankzij waterkracht kan Zweden ook met groene stroom een mooie balans vinden tussen vraag en aanbod van elektriciteit. Het land kan dankzij zijn stuwmeren zelfs in de donkere wintermaanden genoeg groene stroom opwekken.

Door de komst van steeds meer windturbines, verandert dit langzaam. Als het flink waait, is er straks domweg veel te veel elektriciteit. Daarom is het volgens Nordlander belangrijk nieuwe energiebuffers te bouwen, waar waterstof in bewaard kan worden. Als het hard waait, wordt het teveel aan stroom omgezet in waterstof, dat in tijden van energiekrapte aangewend kan worden.

Ook daaraan hebben de bedenkers van Hybrit gedacht. Een paar kilometer voorbij de fabriek is in een rotspartij een holte uitgehakt waar binnenkort 20 duizend kubieke meter waterstof wordt opgeslagen.

‘Dat is best spannend’, zegt Nordlander, ‘want waterstof laat zich niet zomaar vangen.’ De 20 duizend kuub wordt straks onder extreem hoge druk samengeperst zodat het in de 100 kubieke meter past die de holte groot is. Op deze regenachtige woensdag begin oktober kunnen bezoekers er nog in afdalen, binnenkort gaat er een enorme betonnen kurk in de 200 meter lange tunnel die zich naar de holte slingert. Vanaf dat moment is de grot voorgoed afgesloten van de buitenwereld.

Twintigduizend kuub waterstof lijkt indrukwekkend, maar deze opslagruimte is klein bier. Straks, als er waterstofstaalfabrieken op industriële schaal worden gebouwd, zijn er ruimtes nodig die duizend keer groter zijn, zegt constructiespecialist Jan Israelson, verantwoordelijk voor de aanleg van de tunnel en grot, terwijl hij met zijn zaklamp richting de holte wijst. Deze grot onder de Svartö-heuvel is bedoeld om te testen hoe rotsformaties zich houden onder het waterstofgeweld. De ingenieurs zijn vooral geïnteresseerd hoe het gesteente drukverschillen weerstaat. De komende twee jaar willen ze dat met meetapparatuur in de gaten houden.

Bij waterstof gaan de gedachten al snel naar de Hindenburg; de zeppelin gevuld met waterstof die in 1937 brandend neerstortte en een einde maakte aan burgerluchtvaart met deze waterstofsigaren. Opslag van waterstof onder hoge druk is ook niet zonder risico’s, maar het gebeurt nu ook al met aardgas. Een voordeel van waterstof is dat het zo licht is, dat het bij een lek direct richting hogere luchtlagen vliegt. Daardoor zijn de risico’s hanteerbaar, zeggen experts.

Grote plannen

Is Hybrit een lot uit de loterij? Per Helberg, de baas van de proeffabriek, heeft in eigen land in ieder geval grote plannen. SSAB wil vanaf 2026 met meer en grotere fabrieken CO2-vrij staal op industriële schaal maken. ‘Daarna gaat het snel, en moet de productie in 2030 groeien naar 2,7 miljoen ton per jaar.’

Goedkoop is de ombouw allerminst. De testfabriek in Luleå kost 170 miljoen euro. Een volwaardige fabriek naar schatting 1,5 miljard. Concurrent ArcelorMittal, Europa’s grootste staalproducent die ook werkt aan verduurzaming, schat dat het 12 tot 35 miljard euro kost om de eigen productie in 2050 volledig CO2-vrij te hebben.

Dat zijn bedragen die SSAB niet zelf zegt te kunnen opbrengen, hulp van de overheid is nodig. De Zweedse regering steunde het proefproject met tientallen miljoenen, maar of ze ook miljarden wil bijdragen is onzeker. Er valt bovendien nog niet veel te verdienen aan waterstof. Ondanks de overvloed aan goedkope groene stroom is het Zweedse ‘waterstofstaal’ duurder dan zijn fossiele voorganger. Al kruipen de prijzen wel naar elkaar toe. ‘Toen we begonnen, was fossielvrij staal 20 tot 30 procent duurder’, zegt Viktoria Karsberg, hoofd communicatie bij SSAB. ‘Maar toen was de prijs voor de uitstoot van CO2 nog 5 euro per ton, en nu 60. Bovendien is fossiele brandstof ook duurder geworden, terwijl groene energie juist goedkoper wordt.’

Bij welke CO2-prijs fossielvrij staal goedkoper is, wil Karsberg niet zeggen. Volgens een studie in Science uit 2018 ligt het omslagpunt bij een CO2-prijs van 68 euro per ton. Ergens tussen 2030 en 2040 moet het duurzame staal definitief goedkoper zijn dan zijn fossiele voorganger.

Geen snelle fix

Waterstof biedt dus geen snelle klimaatfix. Zelfs als de technologie zich ontwikkelt zoals de grote concerns hopen, staat de sector voor een enorme uitdaging. ‘Als we halverwege de eeuw klimaatneutraal willen zijn, moet er vanaf 2030 elke maand ergens ter wereld een bestaande hoogoven worden vervangen’, zegt Nordlander van Vattenfall. ‘Twintig jaar lang.’

Of Tata Steel in Nederland de Zweedse methode zal gaan gebruiken, is nog maar de vraag. Het bedrijf staat aan de vooravond van een ingrijpende omschakeling naar een duurzamer productie. De concernleiding kondigde in september aan dat het na 2030 geen gebruik meer maakt van zeer vervuilende cokes.

Ad van Wijk, hoogleraar toekomstige energiesystemen aan de TU Delft denkt dat het concern aanvankelijk zal overschakelen op aardgas. Met een technologie die DRI heet, kan met behulp van aardgas (waterstof kan ook) ijzer worden gewonnen uit erts. ‘Aan deze technologie is weinig nieuws, ze wordt nu al toegepast in Azië en het Midden-Oosten,’ zegt Van Wijk. In deze DRI-installaties kan aardgas tot 80 procent worden vervangen door waterstof. ‘Een deel methaan, het hoofdbestanddeel van aardgas, blijft nodig om staal te kunnen produceren, omdat er koolstof nodig is’, zegt van Wijk. ‘Daarvoor kun je biogas gebruiken, dat CO2-neutraal is.’

Ook voor de opslag van waterstof, die energievoorziening garandeert op momenten dat er weinig aanbod is van duurzame elektriciteit, is nog geen snelle oplossing gevonden. Nederland kent geen rotsformaties zoals de Zweden. Van Wijk: ‘Maar we hebben wel ondergrondse zoutkoepels. Daarin kunnen honderden meters onder de grond onvoorstelbare hoeveelheden waterstof worden opgeslagen.’ Dat gebeurt nu al met aardgas, dat bij Veendam in vijf van zulke cavernes wordt bewaard. Twee extra worden nu in gereedheid gebracht voor de opslag van waterstof. ‘Voorlopig is dat genoeg, en op termijn, als de vraag naar waterstof nog verder groeit, kunnen ook zoutkoepels onder de zeebodem worden gebruikt. Dan ben je eventuele discussies over de veiligheid van opslag ook voor.’

Hoe Tata Steel zelf denkt over toekomstig gebruik van waterstof? ‘Uw vraag komt te vroeg’, reageert een woordvoerder. ‘Mijn inschatting is dat we aan het eind van het jaar meer kunnen vertellen.’